2 Mga resulta ng eksperimento at talakayan
2.1Epitaxial layerkapal at pagkakapareho
Ang kapal ng epitaxial layer, konsentrasyon ng doping at pagkakapareho ay isa sa mga pangunahing tagapagpahiwatig para sa paghusga sa kalidad ng mga epitaxial wafer. Ang tumpak na nakokontrol na kapal, doping concentration at pagkakapareho sa loob ng wafer ay ang susi upang matiyak ang pagganap at pagkakapare-pareho ngSiC power device, at ang kapal ng layer ng epitaxial at pagkakapareho ng konsentrasyon ng doping ay mahalagang mga batayan din para sa pagsukat ng kakayahan sa proseso ng mga kagamitang epitaxial.
Ipinapakita ng Figure 3 ang pagkakapareho ng kapal at kurba ng pamamahagi ng 150 mm at 200 mmSiC epitaxial wafers. Makikita mula sa pigura na ang kurba ng pamamahagi ng kapal ng epitaxial layer ay simetriko tungkol sa sentrong punto ng wafer. Ang oras ng proseso ng epitaxial ay 600s, ang average na kapal ng epitaxial layer ng 150mm epitaxial wafer ay 10.89 um, at ang pagkakapareho ng kapal ay 1.05%. Sa pamamagitan ng pagkalkula, ang epitaxial growth rate ay 65.3 um/h, na isang tipikal na mabilis na antas ng proseso ng epitaxial. Sa ilalim ng parehong oras ng proseso ng epitaxial, ang kapal ng epitaxial layer ng 200 mm epitaxial wafer ay 10.10 um, ang pagkakapareho ng kapal ay nasa loob ng 1.36%, at ang pangkalahatang rate ng paglago ay 60.60 um/h, na bahagyang mas mababa kaysa sa 150 mm na epitaxial growth rate. Ito ay dahil may halatang pagkawala sa daan kapag ang pinagmumulan ng silikon at pinagmumulan ng carbon ay dumadaloy mula sa upstream ng reaction chamber sa ibabaw ng wafer hanggang sa ibaba ng agos ng reaction chamber, at ang 200 mm na wafer area ay mas malaki kaysa sa 150 mm. Ang gas ay dumadaloy sa ibabaw ng 200 mm wafer para sa mas mahabang distansya, at ang source gas na natupok sa daan ay mas marami. Sa ilalim ng kondisyon na ang wafer ay patuloy na umiikot, ang pangkalahatang kapal ng epitaxial layer ay mas payat, kaya ang rate ng paglago ay mas mabagal. Sa pangkalahatan, ang pagkakapareho ng kapal ng 150 mm at 200 mm na epitaxial wafer ay napakahusay, at ang kakayahan ng proseso ng kagamitan ay maaaring matugunan ang mga kinakailangan ng mga de-kalidad na device.
2.2 Epitaxial layer doping concentration at pagkakapareho
Ipinapakita ng Figure 4 ang pagkakapareho ng doping concentration at curve distribution na 150 mm at 200 mmSiC epitaxial wafers. Tulad ng makikita mula sa figure, ang curve ng pamamahagi ng konsentrasyon sa epitaxial wafer ay may halatang simetrya na nauugnay sa gitna ng wafer. Ang pagkakapareho ng konsentrasyon ng doping ng 150 mm at 200 mm na epitaxial layer ay 2.80% at 2.66% ayon sa pagkakabanggit, na maaaring kontrolin sa loob ng 3%, na isang mahusay na antas para sa mga katulad na internasyonal na kagamitan. Ang doping concentration curve ng epitaxial layer ay ibinahagi sa isang "W" na hugis kasama ang diameter na direksyon, na higit sa lahat ay tinutukoy ng flow field ng horizontal hot wall epitaxial furnace, dahil ang direksyon ng airflow ng horizontal airflow epitaxial growth furnace ay mula sa ang air inlet end (upstream) at dumadaloy palabas mula sa downstream na dulo sa isang laminar na paraan sa pamamagitan ng wafer surface; dahil ang rate ng "along-the-way depletion" ng carbon source (C2H4) ay mas mataas kaysa sa silicon source (TCS), kapag umiikot ang wafer, unti-unting bumababa ang aktwal na C/Si sa ibabaw ng wafer mula sa gilid hanggang sa gitna (mas mababa ang mapagkukunan ng carbon sa gitna), ayon sa "teorya ng mapagkumpitensyang posisyon" ng C at N, ang konsentrasyon ng doping sa gitna ng wafer ay unti-unting bumababa patungo sa gilid, upang makakuha ng mahusay na pagkakapareho ng konsentrasyon, ang gilid N2 ay idinagdag bilang kompensasyon sa panahon ng proseso ng epitaxial upang pabagalin ang pagbaba ng konsentrasyon ng doping mula sa gitna hanggang sa gilid, upang ang huling doping concentration curve ay nagpapakita ng isang "W" na hugis.
2.3 Mga depekto sa epitaxial layer
Bilang karagdagan sa kapal at konsentrasyon ng doping, ang antas ng epitaxial layer defect control ay isa ring pangunahing parameter para sa pagsukat ng kalidad ng epitaxial wafers at isang mahalagang tagapagpahiwatig ng kakayahan ng proseso ng epitaxial equipment. Bagama't ang SBD at MOSFET ay may iba't ibang mga kinakailangan para sa mga depekto, ang mas malinaw na mga depekto sa morpolohiya sa ibabaw tulad ng mga drop defect, mga depekto sa tatsulok, mga depekto sa karot, mga depekto sa kometa, atbp. ay tinukoy bilang mga nakamamatay na depekto ng mga aparatong SBD at MOSFET. Ang posibilidad ng pagkabigo ng mga chips na naglalaman ng mga depekto na ito ay mataas, kaya ang pagkontrol sa bilang ng mga killer defect ay napakahalaga para sa pagpapabuti ng ani ng chip at pagbabawas ng mga gastos. Ipinapakita ng Figure 5 ang pamamahagi ng mga killer defect ng 150 mm at 200 mm SiC epitaxial wafers. Sa ilalim ng kondisyon na walang halatang kawalan ng timbang sa ratio ng C/Si, ang mga depekto sa karot at mga depekto sa kometa ay maaaring maalis talaga, habang ang mga depekto sa pagbagsak at mga depekto sa tatsulok ay nauugnay sa kontrol sa kalinisan sa panahon ng pagpapatakbo ng epitaxial equipment, ang antas ng karumihan ng grapayt. mga bahagi sa silid ng reaksyon, at ang kalidad ng substrate. Mula sa Talahanayan 2, makikita na ang killer defect density ng 150 mm at 200 mm epitaxial wafers ay maaaring kontrolin sa loob ng 0.3 particles/cm2, na isang mahusay na antas para sa parehong uri ng kagamitan. Ang nakamamatay na defect density control level ng 150 mm epitaxial wafer ay mas mahusay kaysa sa 200 mm epitaxial wafer. Ito ay dahil ang proseso ng paghahanda ng substrate na 150 mm ay mas mature kaysa sa 200 mm, ang kalidad ng substrate ay mas mahusay, at ang antas ng kontrol ng karumihan ng 150 mm graphite reaction chamber ay mas mahusay.
2.4 Epitaxial wafer pagkamagaspang sa ibabaw
Ipinapakita ng Figure 6 ang mga imahe ng AFM ng ibabaw ng 150 mm at 200 mm SiC epitaxial wafers. Makikita mula sa figure na ang surface root ay nangangahulugan ng square roughness Ra ng 150 mm at 200 mm epitaxial wafers ay 0.129 nm at 0.113 nm ayon sa pagkakabanggit, at ang ibabaw ng epitaxial layer ay makinis na walang halatang macro-step aggregation phenomenon. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay nagpapakita na ang paglaki ng epitaxial layer ay palaging nagpapanatili ng step flow growth mode sa buong proseso ng epitaxial, at walang hakbang na pagsasama-sama na nagaganap. Makikita na sa pamamagitan ng paggamit ng na-optimize na proseso ng paglago ng epitaxial, ang makinis na mga layer ng epitaxial ay maaaring makuha sa 150 mm at 200 mm na mababang-anggulo na mga substrate.
3 Konklusyon
Ang 150 mm at 200 mm 4H-SiC homogeneous epitaxial wafers ay matagumpay na naihanda sa mga domestic substrate gamit ang self-developed 200 mm SiC epitaxial growth equipment, at ang homogenous na epitaxial na proseso na angkop para sa 150 mm at 200 mm ay binuo. Ang epitaxial growth rate ay maaaring higit sa 60 μm/h. Habang natutugunan ang mataas na bilis na kinakailangan ng epitaxy, ang kalidad ng epitaxial wafer ay mahusay. Ang pagkakapareho ng kapal ng 150 mm at 200 mm SiC epitaxial wafer ay maaaring kontrolin sa loob ng 1.5%, ang pagkakapareho ng konsentrasyon ay mas mababa sa 3%, ang nakamamatay na depekto density ay mas mababa sa 0.3 particle/cm2, at ang epitaxial surface roughness root mean square Ra. ay mas mababa sa 0.15 nm. Ang mga pangunahing tagapagpahiwatig ng proseso ng mga epitaxial wafer ay nasa advanced na antas sa industriya.
Pinagmulan: Electronic Industry Special Equipment
May-akda: Xie Tianle, Li Ping, Yang Yu, Gong Xiaoliang, Ba Sai, Chen Guoqin, Wan Shengqiang
(48th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation, Changsha, Hunan 410111)
Oras ng post: Set-04-2024