2 Deneysel sonuçlar ve tartışma
2.1Epitaksiyel katmankalınlık ve tekdüzelik
Epitaksiyel katman kalınlığı, katkı konsantrasyonu ve tekdüzelik, epitaksiyel levhaların kalitesinin değerlendirilmesinde temel göstergelerden biridir. Gofret içindeki doğru bir şekilde kontrol edilebilir kalınlık, katkı konsantrasyonu ve tekdüzelik, performansı ve tutarlılığı sağlamanın anahtarıdır.SiC güç cihazlarıve epitaksiyel katman kalınlığı ve katkı konsantrasyonu tekdüzeliği de epitaksiyel ekipmanın işlem kapasitesinin ölçülmesinde önemli temellerdir.
Şekil 3, 150 mm ve 200 mm kalınlık tekdüzeliğini ve dağılım eğrisini göstermektedirSiC epitaksiyel gofretler. Şekilden epitaksiyel tabaka kalınlığı dağılım eğrisinin levhanın merkez noktasına göre simetrik olduğu görülebilmektedir. Epitaksiyel işlem süresi 600 saniyedir, 150 mm'lik epitaksiyel levhanın ortalama epitaksiyel katman kalınlığı 10,89 um'dir ve kalınlık tekdüzeliği %1,05'tir. Hesaplamayla, epitaksiyel büyüme hızı, tipik bir hızlı epitaksiyel işlem seviyesi olan 65,3 um/saattir. Aynı epitaksiyel işlem süresi altında, 200 mm'lik epitaksiyel levhanın epitaksiyel katman kalınlığı 10,10 um'dir, kalınlık tekdüzeliği %1,36'dır ve genel büyüme oranı 60,60 um/saattir; bu, 150 mm'lik epitaksiyel büyümeden biraz daha düşüktür. oran. Bunun nedeni, silikon kaynağı ve karbon kaynağının reaksiyon odasının yukarı akışından gofret yüzeyi boyunca reaksiyon odasının alt akışına doğru aktığı ve 200 mm'lik gofret alanının 150 mm'den daha büyük olduğu yol boyunca bariz bir kayıp olmasıdır. Gaz, 200 mm'lik levhanın yüzeyinden daha uzun bir mesafe boyunca akar ve yol boyunca tüketilen kaynak gaz daha fazladır. Plakanın dönmeye devam etmesi koşuluyla, epitaksiyel tabakanın genel kalınlığı daha incedir, dolayısıyla büyüme hızı daha yavaştır. Genel olarak, 150 mm ve 200 mm'lik epitaksiyel levhaların kalınlık bütünlüğü mükemmeldir ve ekipmanın işlem kapasitesi, yüksek kaliteli cihazların gereksinimlerini karşılayabilir.
2.2 Epitaksiyel katman katkı konsantrasyonu ve tekdüzeliği
Şekil 4, katkı konsantrasyonu tekdüzeliğini ve 150 mm ve 200 mm'lik eğri dağılımını göstermektedirSiC epitaksiyel gofretler. Şekilden görülebileceği gibi, epitaksiyel levha üzerindeki konsantrasyon dağılım eğrisi, levhanın merkezine göre belirgin bir simetriye sahiptir. 150 mm ve 200 mm'lik epitaksiyel katmanların katkı konsantrasyonu tekdüzeliği sırasıyla %2,80 ve %2,66'dır; bu oran, benzer uluslararası ekipmanlar için mükemmel bir seviye olan %3 dahilinde kontrol edilebilir. Epitaksiyel katmanın doping konsantrasyon eğrisi, yatay sıcak duvarlı epitaksiyel fırının hava akış yönü, yatay sıcak duvarlı epitaksiyel fırının hava akışı yönü olduğundan, esas olarak yatay sıcak duvarlı epitaksiyel fırının akış alanı tarafından belirlenen çap yönü boyunca bir "W" şeklinde dağıtılır. hava giriş ucu (yukarı akış) ve alt akış ucundan levha yüzeyi boyunca laminer bir şekilde dışarı akar; Karbon kaynağının (C2H4) "yol boyunca tükenme" oranı silikon kaynağınınkinden (TCS) daha yüksek olduğundan, levha döndüğünde, levha yüzeyindeki gerçek C/Si kenardan uca giderek azalır. merkezde (merkezdeki karbon kaynağı daha azdır), C ve N'nin "rekabetçi konum teorisine" göre, mükemmel konsantrasyon tekdüzeliği elde etmek için levhanın merkezindeki doping konsantrasyonu, kenara doğru kademeli olarak azalır. N2 kenarı son katkı konsantrasyonu eğrisinin bir "W" şekli sunması için, merkezden kenara doping konsantrasyonundaki azalmayı yavaşlatmak amacıyla epitaksiyel işlem sırasında dengeleme olarak eklenir.
2.3 Epitaksiyel katman kusurları
Kalınlık ve katkı konsantrasyonuna ek olarak, epitaksiyel katman kusur kontrolünün seviyesi de epitaksiyel levhaların kalitesini ölçmek için temel bir parametredir ve epitaksiyel ekipmanın işlem kapasitesinin önemli bir göstergesidir. SBD ve MOSFET'in kusurlar için farklı gereksinimleri olmasına rağmen, düşme kusurları, üçgen kusurları, havuç kusurları, kuyruklu yıldız kusurları vb. gibi daha belirgin yüzey morfolojisi kusurları, SBD ve MOSFET cihazlarının öldürücü kusurları olarak tanımlanır. Bu kusurları içeren talaşların arızalanma olasılığı yüksektir, dolayısıyla öldürücü kusurların sayısının kontrol edilmesi, talaş veriminin artırılması ve maliyetlerin azaltılması açısından son derece önemlidir. Şekil 5, 150 mm ve 200 mm SiC epitaksiyel levhaların öldürücü kusurlarının dağılımını göstermektedir. C/Si oranında belirgin bir dengesizlik olmaması koşuluyla havuç kusurları ve kuyruklu yıldız kusurları temel olarak ortadan kaldırılabilirken, düşme kusurları ve üçgen kusurları epitaksiyel ekipmanın çalışması sırasındaki temizlik kontrolü, grafitin safsızlık seviyesi ile ilgilidir. reaksiyon odasındaki parçalar ve alt tabakanın kalitesi. Tablo 2'den, 150 mm ve 200 mm epitaksiyel levhaların öldürücü kusur yoğunluğunun, aynı tip ekipman için mükemmel bir seviye olan 0,3 parçacık/cm2 dahilinde kontrol edilebildiği görülebilir. 150 mm'lik epitaksiyel levhanın ölümcül kusur yoğunluğu kontrol seviyesi, 200 mm'lik epitaksiyel levhanınkinden daha iyidir. Bunun nedeni, 150 mm'lik substrat hazırlama işleminin 200 mm'ye göre daha olgun olması, substrat kalitesinin daha iyi olması ve 150 mm'lik grafit reaksiyon odasının safsızlık kontrol seviyesinin daha iyi olmasıdır.
2.4 Epitaksiyel levha yüzey pürüzlülüğü
Şekil 6, 150 mm ve 200 mm SiC epitaksiyel levhaların yüzeyinin AFM görüntülerini göstermektedir. Şekilden, 150 mm ve 200 mm epitaksiyel levhaların yüzey kökü ortalama kare pürüzlülüğü Ra'nın sırasıyla 0,129 nm ve 0,113 nm olduğu ve epitaksiyel tabakanın yüzeyinin belirgin makro adımlı toplanma fenomeni olmaksızın pürüzsüz olduğu görülebilir. Bu olgu, epitaksiyel katmanın büyümesinin, tüm epitaksiyel işlem boyunca her zaman adımlı akış büyüme modunu koruduğunu ve hiçbir adım toplanmasının meydana gelmediğini gösterir. Optimize edilmiş epitaksiyel büyüme prosesi kullanılarak 150 mm ve 200 mm düşük açılı alt tabakalarda düzgün epitaksiyel katmanların elde edilebildiği görülmektedir.
3 Sonuç
150 mm ve 200 mm 4H-SiC homojen epitaksiyel levhalar, kendi geliştirdiğimiz 200 mm SiC epitaksiyel büyütme ekipmanı kullanılarak evsel alt tabakalar üzerinde başarıyla hazırlandı ve 150 mm ve 200 mm'ye uygun homojen epitaksiyel işlem geliştirildi. Epitaksiyel büyüme hızı 60 μm/saatten büyük olabilir. Yüksek hızlı epitaksi gereksinimini karşılarken, epitaksiyel levha kalitesi mükemmeldir. 150 mm ve 200 mm SiC epitaksiyel plakaların kalınlık tekdüzeliği %1,5 dahilinde kontrol edilebilir, konsantrasyon tekdüzeliği %3'ten azdır, ölümcül kusur yoğunluğu 0,3 parçacık/cm2'den azdır ve epitaksiyel yüzey pürüzlülüğü kök ortalama kare Ra'dır 0,15 nm'den azdır. Epitaksiyel levhaların temel süreç göstergeleri sektörde ileri düzeydedir.
Kaynak: Elektronik Endüstrisi Özel Ekipmanları
Yazar: Xie Tianle, Li Ping, Yang Yu, Gong Xiaoliang, Ba Sai, Chen Guoqin, Wan Shengqiang
(Çin Elektronik Teknolojisi Grup Şirketi 48. Araştırma Enstitüsü, Changsha, Hunan 410111)
Gönderim zamanı: Eylül-04-2024