2 Təcrübə nəticələri və müzakirə
2.1Epitaksial təbəqəqalınlıq və vahidlik
Epitaksial təbəqənin qalınlığı, aşqarlanma konsentrasiyası və vahidlik epitaksial lövhələrin keyfiyyətini qiymətləndirmək üçün əsas göstəricilərdən biridir. Dəqiq idarə oluna bilən qalınlıq, aşqarlanma konsentrasiyası və lövhə daxilində vahidlik, performansı və ardıcıllığını təmin etmək üçün açardır.SiC güc cihazları, və epitaksial təbəqənin qalınlığı və aşqarlanma konsentrasiyasının vahidliyi də epitaksial avadanlıqların proses qabiliyyətini ölçmək üçün vacib əsaslardır.
Şəkil 3-də 150 mm və 200 mm qalınlığın vahidliyi və paylanma əyrisi göstərilir.SiC epitaksial lövhələrŞəkildən görünür ki, epitaksial təbəqənin qalınlığının paylanma əyrisi lövhənin mərkəz nöqtəsi ətrafında simmetrikdir. Epitaksial proses müddəti 600s, 150 mm epitaksial lövhənin orta epitaksial təbəqə qalınlığı 10,89 um, qalınlığın vahidliyi isə 1,05% -dir. Hesablamaya görə, epitaksial böyümə sürəti 65,3 um/saat təşkil edir ki, bu da tipik sürətli epitaksial proses səviyyəsidir. Eyni epitaksial proses müddəti altında 200 mm epitaksial lövhənin epitaksial təbəqə qalınlığı 10,10 um, qalınlığın vahidliyi 1,36% daxilindədir və ümumi böyümə sürəti 60,60 um/saatdır ki, bu da 150 mm epitaksial böyümə sürətindən bir qədər aşağıdır. Bunun səbəbi, silisium mənbəyi və karbon mənbəyi reaksiya kamerasının yuxarı hissəsindən lövhə səthindən reaksiya kamerasının aşağı hissəsinə axdıqda və 200 mm lövhə sahəsi 150 mm-dən daha böyük olduqda yol boyu açıq-aşkar itkilər olur. Qaz 200 mm lövhənin səthindən daha uzun məsafəyə axır və yol boyunca istehlak edilən mənbə qazı daha çoxdur. Lövhənin fırlanmağa davam etməsi şərtilə, epitaksial təbəqənin ümumi qalınlığı daha incə olur, buna görə də böyümə sürəti daha yavaş olur. Ümumilikdə, 150 mm və 200 mm epitaksial lövhələrin qalınlıq vahidliyi əladır və avadanlığın proses qabiliyyəti yüksək keyfiyyətli cihazların tələblərinə cavab verə bilər.
2.2 Epitaksial təbəqənin qatqı konsentrasiyası və vahidliyi
Şəkil 4-də 150 mm və 200 mm-lik dopinq konsentrasiyasının vahidliyi və əyri paylanması göstərilirSiC epitaksial lövhələrŞəkildən göründüyü kimi, epitaksial lövhədəki konsentrasiya paylanma əyrisi lövhənin mərkəzinə nisbətən açıq-aydın simmetriyaya malikdir. 150 mm və 200 mm epitaksial təbəqələrin aşqarlanma konsentrasiyasının vahidliyi müvafiq olaraq 2,80% və 2,66% təşkil edir ki, bu da oxşar beynəlxalq avadanlıqlar üçün əla səviyyə olan 3% daxilində idarə oluna bilər. Epitaksial təbəqənin aşqarlanma konsentrasiyası əyrisi diametr istiqaməti boyunca "W" şəklində paylanmışdır ki, bu da əsasən üfüqi isti divarlı epitaksial sobanın axın sahəsi ilə müəyyən edilir, çünki üfüqi hava axını epitaksial böyümə sobasının hava axını istiqaməti hava giriş ucundan (yuxarı axın) gəlir və lövhə səthindən laminar şəkildə aşağı axın ucundan axır; Karbon mənbəyinin (C2H4) "yol boyu tükənmə" sürəti silikon mənbəyinin (TCS) sürətindən yüksək olduğundan, lövhə fırlandıqda, lövhə səthindəki faktiki C/Si kənardan mərkəzə doğru tədricən azalır (mərkəzdəki karbon mənbəyi daha azdır), C və N-nin "rəqabətli mövqe nəzəriyyəsi"nə görə, lövhənin mərkəzindəki aşqarlama konsentrasiyası tədricən kənara doğru azalır, əla konsentrasiya vahidliyi əldə etmək üçün epitaksial proses zamanı mərkəzdən kənara aşqarlama konsentrasiyasının azalmasını yavaşlatmaq üçün kənar N2 kompensasiya olaraq əlavə olunur və beləliklə, son aşqarlama konsentrasiyası əyrisi "W" formasında olur.
2.3 Epitaksial təbəqə qüsurları
Qalınlıq və aşqarlama konsentrasiyasına əlavə olaraq, epitaksial təbəqə qüsuruna nəzarət səviyyəsi də epitaksial lövhələrin keyfiyyətini ölçmək üçün əsas parametrdir və epitaksial avadanlıqların proses qabiliyyətinin vacib göstəricisidir. SBD və MOSFET-in qüsurlar üçün fərqli tələbləri olsa da, düşmə qüsurları, üçbucaq qüsurları, kök qüsurları, kometa qüsurları və s. kimi daha aşkar səth morfologiyası qüsurları SBD və MOSFET cihazlarının öldürücü qüsurları kimi müəyyən edilir. Bu qüsurları ehtiva edən çiplərin sıradan çıxma ehtimalı yüksəkdir, buna görə də öldürücü qüsurların sayına nəzarət etmək çip məhsuldarlığını artırmaq və xərcləri azaltmaq üçün son dərəcə vacibdir. Şəkil 5-də 150 mm və 200 mm SiC epitaksial lövhələrin öldürücü qüsurlarının paylanması göstərilir. C/Si nisbətində aşkar bir balanssızlıq olmadığı təqdirdə, kök qüsurları və kometa qüsurları əsasən aradan qaldırıla bilər, düşmə qüsurları və üçbucaq qüsurları isə epitaksial avadanlıqların istismarı zamanı təmizlik nəzarəti, reaksiya kamerasındakı qrafit hissələrinin çirklənmə səviyyəsi və substratın keyfiyyəti ilə əlaqədardır. Cədvəl 2-dən görünür ki, 150 mm və 200 mm epitaksial lövhələrin ölümcül qüsur sıxlığı 0,3 hissəcik/sm2 daxilində idarə oluna bilər ki, bu da eyni tip avadanlıq üçün əla səviyyədir. 150 mm epitaksial lövhənin ölümcül qüsur sıxlığına nəzarət səviyyəsi 200 mm epitaksial lövhədən daha yaxşıdır. Bunun səbəbi, 150 mm substratın hazırlanması prosesinin 200 mm-dən daha yetkin olması, substratın keyfiyyətinin daha yaxşı olması və 150 mm qrafit reaksiya kamerasının çirklənməyə nəzarət səviyyəsinin daha yaxşı olmasıdır.
2.4 Epitaksial lövhə səthinin pürüzlülüyü
Şəkil 6-da 150 mm və 200 mm SiC epitaksial lövhələrin səthinin AFM şəkilləri göstərilir. Şəkildən göründüyü kimi, 150 mm və 200 mm epitaksial lövhələrin səth kök orta kvadrat pürüzlülüyü Ra müvafiq olaraq 0,129 nm və 0,113 nm-dir və epitaksial təbəqənin səthi açıq-aşkar makro-pilləli aqreqasiya fenomeni olmadan hamardır. Bu fenomen göstərir ki, epitaksial təbəqənin böyüməsi bütün epitaksial proses ərzində həmişə pilləli axın böyümə rejimini saxlayır və pilləli aqreqasiya baş vermir. Göründüyü kimi, optimallaşdırılmış epitaksial böyümə prosesindən istifadə etməklə 150 mm və 200 mm aşağı bucaqlı substratlarda hamar epitaksial təbəqələr əldə etmək olar.
3 Nəticə
150 mm və 200 mm 4H-SiC homogen epitaksial lövhələr, öz-özünə hazırlanmış 200 mm SiC epitaksial böyümə avadanlığı istifadə edərək məişət substratlarında uğurla hazırlanmışdır və 150 mm və 200 mm üçün uyğun homogen epitaksial proses hazırlanmışdır. Epitaksial böyümə sürəti 60 μm/saat-dan çox ola bilər. Yüksək sürətli epitaksial tələbi yerinə yetirilərkən, epitaksial lövhənin keyfiyyəti əladır. 150 mm və 200 mm SiC epitaksial lövhələrin qalınlıq vahidliyi 1,5%, konsentrasiya vahidliyi 3%-dən az, ölümcül qüsur sıxlığı 0,3 hissəcik/sm2-dən az və epitaksial səth pürüzlülüyünün orta kvadratik kökü Ra 0,15 nm-dən azdır. Epitaksial lövhələrin əsas proses göstəriciləri sənayedə qabaqcıl səviyyədədir.
Mənbə: Elektron Sənaye Xüsusi Avadanlıqları
Müəllif: Xie Tianle, Li Ping, Yang Yu, Gong Xiaoliang, Ba Sai, Chen Guoqin, Wan Shengqiang
(Çin Elektron Texnologiyaları Qrupu Korporasiyasının 48-ci Tədqiqat İnstitutu, Çanşa, Hunan 410111)
Yazı vaxtı: 04 sentyabr 2024