2 Експериментальні результати та їх обговорення
2.1Епітаксіальний шартовщина і однорідність
Товщина епітаксійного шару, концентрація легування та однорідність є одними з основних показників для оцінки якості епітаксійних пластин. Точна контрольована товщина, концентрація легуючих речовин і однорідність усередині пластини є ключовими для забезпечення ефективності та стабільностіСилові пристрої SiC, а товщина епітаксійного шару та рівномірність концентрації легуючої речовини також є важливою основою для вимірювання технологічної здатності епітаксійного обладнання.
На малюнку 3 показано рівномірність товщини та криву розподілу для 150 мм та 200 ммЕпітаксіальні пластини SiC. З малюнка видно, що крива розподілу товщини епітаксійного шару симетрична відносно центральної точки пластини. Час епітаксійного процесу становить 600 с, середня товщина епітаксійного шару епітаксійної пластини 150 мм становить 10,89 мкм, а однорідність товщини становить 1,05%. Згідно з розрахунками, швидкість епітаксійного росту становить 65,3 мкм/год, що є типовим швидким рівнем епітаксійного процесу. За того самого часу епітаксійного процесу товщина епітаксійного шару 200 мм епітаксійної пластини становить 10,10 мкм, рівномірність товщини знаходиться в межах 1,36%, а загальна швидкість росту становить 60,60 мкм/год, що трохи нижче, ніж епітаксійне зростання 150 мм. швидкість. Це тому, що є очевидні втрати на шляху, коли джерело кремнію та джерело вуглецю течуть від верхньої частини реакційної камери через поверхню пластини до нижньої частини реакційної камери, а площа пластини розміром 200 мм більша, ніж площа пластини 150 мм. Газ протікає крізь поверхню 200-міліметрової пластини на більшу відстань, і на цьому шляху споживається більше вихідного газу. За умови, що пластина продовжує обертатися, загальна товщина епітаксійного шару менша, тому швидкість росту повільніша. Загалом однорідність товщини епітаксійних пластин 150 мм і 200 мм чудова, а технологічні можливості обладнання відповідають вимогам високоякісних пристроїв.
2.2 Концентрація та однорідність легування епітаксійного шару
На малюнку 4 показано рівномірність концентрації допінгу та розподіл кривої для 150 мм та 200 ммЕпітаксіальні пластини SiC. Як видно з малюнка, крива розподілу концентрації на епітаксіальній пластині має очевидну симетрію відносно центру пластини. Однорідність концентрації легування епітаксіальних шарів 150 мм і 200 мм становить 2,80% і 2,66% відповідно, які можна контролювати в межах 3%, що є відмінним рівнем для аналогічного міжнародного обладнання. Крива концентрації легування епітаксійного шару розподіляється у формі «W» вздовж напрямку діаметра, який в основному визначається полем потоку епітаксіальної печі з горизонтальною гарячою стінкою, оскільки напрямок повітряного потоку горизонтальної епітаксіальної печі для вирощування повітря є від кінець впуску повітря (вгорі) і витікає з нижнього кінця ламінарним чином через поверхню пластини; оскільки швидкість «попутного виснаження» джерела вуглецю (C2H4) вища, ніж у джерела кремнію (TCS), коли пластина обертається, фактичне співвідношення C/Si на поверхні пластини поступово зменшується від краю до центр (джерело вуглецю в центрі менше), відповідно до «теорії конкурентної позиції» C і N, концентрація допінгу в центрі пластини поступово зменшується до краю, щоб отримати відмінну рівномірність концентрації, край N2 додається як компенсація під час епітаксійного процесу, щоб уповільнити зменшення концентрації легування від центру до краю, так що кінцева крива концентрації легування має форму "W".
2.3 Дефекти епітаксійного шару
На додаток до товщини та концентрації легування, рівень контролю дефектів епітаксійного шару також є основним параметром для вимірювання якості епітаксійних пластин і важливим показником технологічних можливостей епітаксійного обладнання. Хоча SBD і MOSFET мають різні вимоги до дефектів, більш очевидні дефекти морфології поверхні, такі як краплинні дефекти, дефекти трикутника, дефекти «морквини», дефекти «комети» тощо, визначаються як вбивчі дефекти пристроїв SBD і MOSFET. Імовірність виходу з ладу чіпів, які містять ці дефекти, висока, тому контроль кількості вбивчих дефектів надзвичайно важливий для підвищення продуктивності чіпів і зниження витрат. На малюнку 5 показано розподіл дефектів-убивць епітаксіальних пластин SiC 150 мм і 200 мм. За умови відсутності явного дисбалансу у співвідношенні C/Si дефекти «морква» та «кометні» дефекти можна в основному усунути, тоді як краплинні дефекти та трикутні дефекти пов’язані з контролем чистоти під час роботи епітаксійного обладнання, рівень домішок графіту частин у реакційній камері та якість підкладки. З таблиці 2 видно, що щільність руйнівних дефектів епітаксійних пластин 150 мм і 200 мм можна контролювати в межах 0,3 частинок/см2, що є відмінним рівнем для такого ж типу обладнання. Рівень контролю щільності фатальних дефектів для епітаксійної пластини 150 мм кращий, ніж для епітаксійної пластини 200 мм. Це пов’язано з тим, що процес підготовки підкладки товщиною 150 мм є більш зрілим, ніж процес підготовки підкладки товщиною 200 мм, якість підкладки краща, а рівень контролю домішок 150-міліметрової графітової реакційної камери кращий.
2.4 Шорсткість поверхні епітаксійної пластини
На малюнку 6 показано АСМ-зображення поверхні епітаксіальних пластин SiC 150 мм і 200 мм. З малюнка видно, що середньоквадратична шорсткість поверхні Ra епітаксійних пластин 150 мм і 200 мм становить 0,129 нм і 0,113 нм відповідно, а поверхня епітаксійного шару є гладкою без явного явища агрегації макрокроків. Це явище показує, що зростання епітаксійного шару завжди підтримує режим росту ступінчастого потоку протягом усього епітаксійного процесу, і не відбувається ступінчастої агрегації. Можна побачити, що за допомогою оптимізованого процесу епітаксійного росту можна отримати гладкі епітаксійні шари на підкладках з низьким кутом товщиною 150 мм і 200 мм.
3 Висновок
150 мм і 200 мм однорідні епітаксійні пластини 4H-SiC були успішно виготовлені на вітчизняних підкладках за допомогою обладнання для епітаксійного вирощування 200 мм SiC власної розробки, і був розроблений гомогенний епітаксійний процес, придатний для 150 мм і 200 мм. Швидкість епітаксіального росту може перевищувати 60 мкм/год. Задовольняючи вимоги щодо високошвидкісної епітаксії, якість епітаксійної пластини є чудовою. Однорідність товщини епітаксійних пластин SiC товщиною 150 мм і 200 мм можна контролювати в межах 1,5%, однорідність концентрації становить менше 3%, щільність фатальних дефектів становить менше 0,3 частинок/см2, а епітаксіальна шорсткість поверхні є середньоквадратичним Ra. менше 0,15 нм. Основні показники процесу епітаксіальних пластин знаходяться на найвищому рівні в галузі.
Джерело: Спеціальне обладнання електронної промисловості
Автор: Се Тяньле, Лі Пін, Ян Юй, Гун Сяолян, Ба Сай, Чень Гоцінь, Ван Шенцян
(48-й науково-дослідний інститут China Electronics Technology Group Corporation, Чанша, Хунань 410111)
Час публікації: 04 вересня 2024 р