2 Resultats experimentals i discussió
2.1capa epitaxialgruix i uniformitat
El gruix de la capa epitaxial, la concentració de dopatge i la uniformitat són un dels indicadors principals per jutjar la qualitat de les oblies epitaxials. El gruix, la concentració de dopatge i la uniformitat controlables amb precisió dins de l'oblia són la clau per garantir el rendiment i la consistència deDispositius d'alimentació de SiC, i el gruix de la capa epitaxial i la uniformitat de la concentració de dopatge també són bases importants per mesurar la capacitat de procés dels equips epitaxials.
La figura 3 mostra la corba d'uniformitat i distribució del gruix de 150 mm i 200 mmOblies epitaxials de SiCEs pot veure a la figura que la corba de distribució del gruix de la capa epitaxial és simètrica respecte al punt central de l'oblia. El temps de procés epitaxial és de 600 s, el gruix mitjà de la capa epitaxial de l'oblia epitaxial de 150 mm és de 10,89 um i la uniformitat del gruix és de l'1,05%. Segons els càlculs, la taxa de creixement epitaxial és de 65,3 um/h, que és un nivell típic de procés epitaxial ràpid. Amb el mateix temps de procés epitaxial, el gruix de la capa epitaxial de l'oblia epitaxial de 200 mm és de 10,10 um, la uniformitat del gruix és de l'1,36% i la taxa de creixement global és de 60,60 um/h, que és lleugerament inferior a la taxa de creixement epitaxial de 150 mm. Això es deu al fet que hi ha una pèrdua òbvia al llarg del camí quan la font de silici i la font de carboni flueixen des de la part superior de la cambra de reacció a través de la superfície de l'oblia fins a la part inferior de la cambra de reacció, i l'àrea de l'oblia de 200 mm és més gran que la de 150 mm. El gas flueix a través de la superfície de l'oblia de 200 mm durant una distància més llarga i el gas font consumit al llarg del camí és més gran. Sota la condició que l'oblia continuï girant, el gruix total de la capa epitaxial és més prim, de manera que la taxa de creixement és més lenta. En general, la uniformitat del gruix de les oblies epitaxials de 150 mm i 200 mm és excel·lent i la capacitat de procés de l'equip pot complir els requisits dels dispositius d'alta qualitat.
2.2 Concentració i uniformitat del dopatge de la capa epitaxial
La figura 4 mostra la uniformitat de la concentració de dopatge i la distribució de la corba de 150 mm i 200 mm.Oblies epitaxials de SiCCom es pot veure a la figura, la corba de distribució de concentració a l'oblia epitaxial té una simetria òbvia respecte al centre de l'oblia. La uniformitat de la concentració de dopatge de les capes epitaxials de 150 mm i 200 mm és del 2,80% i el 2,66% respectivament, i es pot controlar dins del 3%, un nivell excel·lent per a equips internacionals similars. La corba de concentració de dopatge de la capa epitaxial es distribueix en forma de "W" al llarg de la direcció del diàmetre, que està determinada principalment pel camp de flux del forn epitaxial de paret calenta horitzontal, ja que la direcció del flux d'aire del forn de creixement epitaxial de flux d'aire horitzontal prové de l'extrem d'entrada d'aire (aigües amunt) i flueix cap a fora des de l'extrem aigües avall de manera laminar a través de la superfície de l'oblia; Com que la taxa d'"esgotament al llarg del camí" de la font de carboni (C2H4) és superior a la de la font de silici (TCS), quan l'oblia gira, el C/Si real a la superfície de l'oblia disminueix gradualment des de la vora fins al centre (la font de carboni al centre és menor), segons la "teoria de la posició competitiva" de C i N, la concentració de dopatge al centre de l'oblia disminueix gradualment cap a la vora, per tal d'obtenir una excel·lent uniformitat de concentració, s'afegeix la vora N2 com a compensació durant el procés epitaxial per frenar la disminució de la concentració de dopatge des del centre fins a la vora, de manera que la corba final de concentració de dopatge presenta una forma de "W".
2.3 Defectes de la capa epitaxial
A més del gruix i la concentració de dopatge, el nivell de control de defectes de la capa epitaxial també és un paràmetre bàsic per mesurar la qualitat de les oblies epitaxials i un indicador important de la capacitat de procés dels equips epitaxials. Tot i que SBD i MOSFET tenen requisits diferents per als defectes, els defectes de morfologia superficial més evidents, com ara defectes de gota, defectes de triangles, defectes de pastanaga, defectes de cometa, etc., es defineixen com a defectes mortals dels dispositius SBD i MOSFET. La probabilitat de fallada dels xips que contenen aquests defectes és alta, per la qual cosa controlar el nombre de defectes mortals és extremadament important per millorar el rendiment del xip i reduir els costos. La figura 5 mostra la distribució dels defectes mortals de les oblies epitaxials de SiC de 150 mm i 200 mm. Amb la condició que no hi hagi un desequilibri evident en la relació C/Si, els defectes de pastanaga i els defectes de cometa es poden eliminar bàsicament, mentre que els defectes de gota i els defectes de triangles estan relacionats amb el control de la neteja durant el funcionament de l'equip epitaxial, el nivell d'impuresa de les peces de grafit a la cambra de reacció i la qualitat del substrat. A partir de la Taula 2, es pot veure que la densitat de defectes fatals de les oblies epitaxials de 150 mm i 200 mm es pot controlar amb un marge de 0,3 partícules/cm2, que és un nivell excel·lent per al mateix tipus d'equip. El nivell de control de la densitat de defectes fatals de l'oblia epitaxial de 150 mm és millor que el de l'oblia epitaxial de 200 mm. Això es deu al fet que el procés de preparació del substrat de 150 mm és més madur que el de 200 mm, la qualitat del substrat és millor i el nivell de control d'impureses de la cambra de reacció de grafit de 150 mm és millor.
2.4 Rugositat superficial de l'oblea epitaxial
La figura 6 mostra les imatges AFM de la superfície d'oblies epitaxials de SiC de 150 mm i 200 mm. Es pot veure a la figura que la rugositat quadràtica mitjana de la superfície Ra d'oblies epitaxials de 150 mm i 200 mm és de 0,129 nm i 0,113 nm respectivament, i la superfície de la capa epitaxial és llisa sense un fenomen evident d'agregació macroescala. Aquest fenomen mostra que el creixement de la capa epitaxial sempre manté el mode de creixement del flux esglaonat durant tot el procés epitaxial i no es produeix cap agregació esglaonada. Es pot veure que mitjançant el procés de creixement epitaxial optimitzat, es poden obtenir capes epitaxials llises en substrats de baix angle de 150 mm i 200 mm.
3 Conclusió
Les oblies epitaxials homogènies de 4H-SiC de 150 mm i 200 mm es van preparar amb èxit en substrats domèstics utilitzant l'equip de creixement epitaxial de SiC de 200 mm de desenvolupament propi, i es va desenvolupar el procés epitaxial homogeni adequat per a 150 mm i 200 mm. La taxa de creixement epitaxial pot ser superior a 60 μm/h. Tot i complir el requisit d'epitaxia d'alta velocitat, la qualitat de l'oblia epitaxial és excel·lent. La uniformitat del gruix de les oblies epitaxials de SiC de 150 mm i 200 mm es pot controlar amb un marge de l'1,5%, la uniformitat de la concentració és inferior al 3%, la densitat de defectes fatals és inferior a 0,3 partícules/cm2 i l'arrel quadrada mitjana de la rugositat superficial epitaxial Ra és inferior a 0,15 nm. Els indicadors bàsics del procés de les oblies epitaxials es troben al nivell avançat de la indústria.
Font: Equipament especial de la indústria electrònica
Autors: Xie Tianle, Li Ping, Yang Yu, Gong Xiaoliang, Ba Sai, Chen Guoqin, Wan Shengqiang
(48è Institut de Recerca de la Corporació del Grup de Tecnologia Electrònica de la Xina, Changsha, Hunan 410111)
Data de publicació: 04-09-2024