2 Kết quả thực nghiệm và thảo luận
2.1Lớp epitaxyđộ dày và tính đồng nhất
Độ dày lớp epiticular, nồng độ pha tạp và tính đồng nhất là một trong những chỉ số cốt lõi để đánh giá chất lượng của tấm wafer epiticular. Độ dày, nồng độ pha tạp và tính đồng nhất trong wafer có thể kiểm soát chính xác là chìa khóa để đảm bảo hiệu suất và tính nhất quán củaThiết bị nguồn SiC, và độ dày lớp epiticular và độ đồng đều của nồng độ pha tạp cũng là những cơ sở quan trọng để đo khả năng xử lý của thiết bị epitaxy.
Hình 3 thể hiện độ đồng đều độ dày và đường cong phân bố của 150 mm và 200 mmTấm epiticular SiC. Có thể thấy từ hình vẽ rằng đường cong phân bố độ dày lớp epiticular đối xứng qua điểm trung tâm của tấm bán dẫn. Thời gian xử lý epiticular là 600 giây, độ dày lớp epiticular trung bình của tấm wafer epiticular 150mm là 10,89 um và độ đồng đều của độ dày là 1,05%. Theo tính toán, tốc độ tăng trưởng epiticular là 65,3 um/h, đây là mức quy trình epiticular nhanh điển hình. Trong cùng thời gian xử lý epiticular, độ dày lớp epiticular của wafer epiticular 200 mm là 10,10 um, độ đồng đều độ dày nằm trong 1,36% và tốc độ tăng trưởng tổng thể là 60,60 um / h, thấp hơn một chút so với tốc độ tăng trưởng epiticular 150 mm tỷ lệ. Điều này là do có sự mất mát rõ ràng trên đường đi khi nguồn silicon và nguồn carbon chảy từ thượng nguồn buồng phản ứng qua bề mặt tấm bán dẫn đến hạ lưu của buồng phản ứng và diện tích tấm bán dẫn 200 mm lớn hơn 150 mm. Khí chảy qua bề mặt của tấm bán dẫn 200 mm với khoảng cách xa hơn và lượng khí nguồn tiêu thụ trên đường đi cũng nhiều hơn. Trong điều kiện wafer tiếp tục quay, độ dày tổng thể của lớp epitaxy mỏng hơn nên tốc độ tăng trưởng chậm hơn. Nhìn chung, độ đồng đều về độ dày của tấm wafer epiticular 150 mm và 200 mm là tuyệt vời và khả năng xử lý của thiết bị có thể đáp ứng yêu cầu của các thiết bị chất lượng cao.
2.2 Nồng độ pha tạp và độ đồng đều của lớp epitaxy
Hình 4 thể hiện độ đồng đều nồng độ pha tạp và phân bố đường cong 150 mm và 200 mmTấm epiticular SiC. Như có thể thấy trong hình, đường cong phân bố nồng độ trên tấm wafer epiticular có tính đối xứng rõ ràng so với tâm của tấm wafer. Độ đồng đều nồng độ pha tạp của lớp epiticular 150 mm và 200 mm lần lượt là 2,80% và 2,66%, có thể được kiểm soát trong phạm vi 3%, đây là mức tuyệt vời đối với các thiết bị quốc tế tương tự. Đường cong nồng độ pha tạp của lớp epitaxy được phân bố theo hình chữ "W" dọc theo hướng đường kính, chủ yếu được xác định bởi trường dòng chảy của lò epitaxy tường nóng ngang, bởi vì hướng luồng khí của lò tăng trưởng epiticular luồng không khí ngang là từ đầu vào không khí (ngược dòng) và chảy ra từ đầu cuối dòng theo dạng tầng qua bề mặt tấm bán dẫn; Bởi vì tốc độ "cạn kiệt dọc đường" của nguồn carbon (C2H4) cao hơn nguồn silicon (TCS), nên khi wafer quay, C/Si thực tế trên bề mặt wafer giảm dần từ mép này sang mép kia. trung tâm (nguồn carbon ở trung tâm ít hơn), theo "lý thuyết vị trí cạnh tranh" của C và N, nồng độ pha tạp ở trung tâm của wafer giảm dần về phía rìa, để có được độ đồng đều nồng độ tuyệt vời, Cạnh N2 được thêm vào dưới dạng bù trong quá trình epiticular để làm chậm quá trình giảm nồng độ pha tạp từ tâm đến mép, do đó đường cong nồng độ pha tạp cuối cùng có dạng chữ “W”.
2.3 Khiếm khuyết lớp epitaxy
Ngoài độ dày và nồng độ pha tạp, mức độ kiểm soát khuyết tật của lớp epiticular cũng là thông số cốt lõi để đo lường chất lượng của tấm wafer epiticular và là một chỉ số quan trọng về khả năng xử lý của thiết bị epiticular. Mặc dù SBD và MOSFET có các yêu cầu khác nhau về khuyết tật, nhưng những khuyết tật hình thái bề mặt rõ ràng hơn như khuyết tật rơi, khuyết tật tam giác, khuyết tật củ cà rốt, khuyết tật sao chổi, v.v. được xác định là khuyết tật nghiêm trọng của thiết bị SBD và MOSFET. Xác suất hỏng chip chứa những khiếm khuyết này là rất cao, vì vậy việc kiểm soát số lượng lỗi nghiêm trọng là cực kỳ quan trọng để cải thiện năng suất chip và giảm chi phí. Hình 5 cho thấy sự phân bố các khuyết tật chết người của tấm wafer epiticular SiC 150 mm và 200 mm. Trong điều kiện không có sự mất cân bằng rõ ràng về tỷ lệ C/Si, về cơ bản có thể loại bỏ các khuyết tật cà rốt và khuyết tật sao chổi, trong khi các khuyết tật thả và khuyết tật tam giác có liên quan đến việc kiểm soát độ sạch trong quá trình vận hành thiết bị epiticular, mức độ tạp chất của than chì các bộ phận trong buồng phản ứng và chất lượng của chất nền. Từ Bảng 2, có thể thấy rằng mật độ khuyết tật chết người của tấm wafer epiticular 150 mm và 200 mm có thể được kiểm soát trong phạm vi 0,3 hạt/cm2, đây là mức tuyệt vời đối với cùng loại thiết bị. Mức độ kiểm soát mật độ khuyết tật nghiêm trọng của wafer epiticular 150 mm tốt hơn so với wafer epiticular 200 mm. Điều này là do quá trình chuẩn bị chất nền 150 mm trưởng thành hơn so với 200 mm, chất lượng chất nền tốt hơn và mức độ kiểm soát tạp chất của buồng phản ứng than chì 150 mm tốt hơn.
2.4 Độ nhám bề mặt của tấm wafer epiticular
Hình 6 cho thấy hình ảnh AFM của bề mặt của tấm wafer epiticular SiC 150 mm và 200 mm. Có thể thấy từ hình vẽ rằng độ nhám vuông trung bình bề mặt Ra của tấm wafer epiticular 150 mm và 200 mm lần lượt là 0,129 nm và 0,113 nm, và bề mặt của lớp epiticular mịn mà không có hiện tượng kết tụ bước vĩ mô rõ ràng. Hiện tượng này cho thấy sự tăng trưởng của lớp epitaxy luôn duy trì chế độ tăng trưởng dòng chảy từng bước trong toàn bộ quá trình epitaxy và không xảy ra hiện tượng kết tụ bước. Có thể thấy rằng bằng cách sử dụng quy trình tăng trưởng epiticular được tối ưu hóa, có thể thu được các lớp epiticular mịn trên các đế góc thấp 150 mm và 200 mm.
3 Kết luận
Các tấm wafer đồng nhất 4H-SiC 150 mm và 200 mm đã được chuẩn bị thành công trên các chất nền trong nước bằng cách sử dụng thiết bị tăng trưởng epiticular SiC 200 mm tự phát triển và quy trình epiticular đồng nhất phù hợp với 150 mm và 200 mm đã được phát triển. Tốc độ tăng trưởng epiticular có thể lớn hơn 60 μm/h. Trong khi đáp ứng yêu cầu epitaxy tốc độ cao, chất lượng wafer epiticular là tuyệt vời. Độ đồng đều về độ dày của tấm wafer epiticular 150 mm và 200 mm SiC có thể được kiểm soát trong vòng 1,5%, độ đồng đều nồng độ nhỏ hơn 3%, mật độ khuyết tật nghiêm trọng nhỏ hơn 0,3 hạt / cm2 và độ nhám bề mặt epiticular có nghĩa là bình phương Ra nhỏ hơn 0,15nm. Các chỉ số quy trình cốt lõi của tấm wafer epiticular ở mức tiên tiến trong ngành.
Nguồn: Thiết bị đặc biệt ngành điện tử
Tác giả: Xie Tianle, Li Ping, Yang Yu, Gong Xiaoliang, Ba Sai, Chen Guoqin, Wan Shengqiang
(Viện nghiên cứu thứ 48 của Tập đoàn Công nghệ Điện tử Trung Quốc, Trường Sa, Hồ Nam 410111)
Thời gian đăng: Sep-04-2024