2 Πειραματικά αποτελέσματα και συζήτηση
2.1Επιταξιακό στρώμαπάχος και ομοιομορφία
Το πάχος της επιταξιακής στρώσης, η συγκέντρωση προσμίξεων και η ομοιομορφία είναι ένας από τους βασικούς δείκτες για την αξιολόγηση της ποιότητας των επιταξιακών πλακιδίων. Το ακριβές πάχος, η συγκέντρωση προσμίξεων και η ομοιομορφία εντός της πλακέτας είναι το κλειδί για τη διασφάλιση της απόδοσης και της συνέπειας.Συσκευές ισχύος SiC, και το πάχος της επιταξιακής στρώσης και η ομοιομορφία της συγκέντρωσης προσμίξεων αποτελούν επίσης σημαντικές βάσεις για τη μέτρηση της ικανότητας επεξεργασίας του επιταξιακού εξοπλισμού.
Το Σχήμα 3 δείχνει την καμπύλη ομοιομορφίας και κατανομής πάχους των 150 mm και 200 mmεπιταξιακές γκοφρέτες SiCΑπό το σχήμα φαίνεται ότι η καμπύλη κατανομής πάχους επιταξιακής στρώσης είναι συμμετρική γύρω από το κεντρικό σημείο της πλακέτας. Ο χρόνος επιταξιακής επεξεργασίας είναι 600s, το μέσο πάχος επιταξιακής στρώσης της επιταξιακής πλακέτας 150mm είναι 10,89 um και η ομοιομορφία πάχους είναι 1,05%. Με υπολογισμό, ο ρυθμός επιταξιακής ανάπτυξης είναι 65,3 um/h, που είναι ένα τυπικό επίπεδο γρήγορης επιταξιακής επεξεργασίας. Υπό τον ίδιο χρόνο επιταξιακής επεξεργασίας, το πάχος επιταξιακής στρώσης της επιταξιακής πλακέτας 200 mm είναι 10,10 um, η ομοιομορφία πάχους είναι εντός 1,36% και ο συνολικός ρυθμός ανάπτυξης είναι 60,60 um/h, που είναι ελαφρώς χαμηλότερος από τον ρυθμό επιταξιακής ανάπτυξης των 150 mm. Αυτό συμβαίνει επειδή υπάρχει εμφανής απώλεια κατά μήκος της διαδρομής όταν η πηγή πυριτίου και η πηγή άνθρακα ρέουν από τα ανάντη του θαλάμου αντίδρασης μέσω της επιφάνειας της γκοφρέτας προς τα κατάντη του θαλάμου αντίδρασης, και η περιοχή της γκοφρέτας των 200 mm είναι μεγαλύτερη από την περιοχή των 150 mm. Το αέριο ρέει μέσω της επιφάνειας της γκοφρέτας των 200 mm για μεγαλύτερη απόσταση και το αέριο πηγής που καταναλώνεται κατά μήκος της διαδρομής είναι μεγαλύτερο. Υπό την προϋπόθεση ότι η γκοφρέτα συνεχίζει να περιστρέφεται, το συνολικό πάχος του επιταξιακού στρώματος είναι λεπτότερο, επομένως ο ρυθμός ανάπτυξης είναι πιο αργός. Συνολικά, η ομοιομορφία πάχους των επιταξιακών γκοφρετών των 150 mm και 200 mm είναι εξαιρετική και η ικανότητα επεξεργασίας του εξοπλισμού μπορεί να καλύψει τις απαιτήσεις συσκευών υψηλής ποιότητας.
2.2 Συγκέντρωση και ομοιομορφία προσμίξεων επιταξιακής στιβάδας
Το Σχήμα 4 δείχνει την ομοιομορφία συγκέντρωσης προσμίξεων και την κατανομή της καμπύλης των 150 mm και 200 mmεπιταξιακές γκοφρέτες SiCΌπως φαίνεται από το σχήμα, η καμπύλη κατανομής συγκέντρωσης στην επιταξιακή πλακέτα έχει εμφανή συμμετρία σε σχέση με το κέντρο της πλακέτας. Η ομοιομορφία συγκέντρωσης πρόσμιξης των επιταξιακών στρωμάτων 150 mm και 200 mm είναι 2,80% και 2,66% αντίστοιχα, η οποία μπορεί να ελεγχθεί εντός 3%, το οποίο είναι ένα εξαιρετικό επίπεδο για παρόμοιο διεθνή εξοπλισμό. Η καμπύλη συγκέντρωσης πρόσμιξης της επιταξιακής στρώσης κατανέμεται σε σχήμα "W" κατά μήκος της κατεύθυνσης της διαμέτρου, η οποία καθορίζεται κυρίως από το πεδίο ροής του οριζόντιου επιταξιακού κλιβάνου θερμού τοιχώματος, επειδή η κατεύθυνση ροής αέρα του οριζόντιου επιταξιακού κλιβάνου ανάπτυξης αέρα είναι από το άκρο εισόδου αέρα (ανάντη) και ρέει έξω από το κατάντη άκρο με στρωματικό τρόπο μέσω της επιφάνειας της πλακέτας. Επειδή ο ρυθμός "εξάντλησης κατά μήκος της διαδρομής" της πηγής άνθρακα (C2H4) είναι υψηλότερος από αυτόν της πηγής πυριτίου (TCS), όταν περιστρέφεται η πλακέτα, η πραγματική αναλογία C/Si στην επιφάνεια της πλακέτας μειώνεται σταδιακά από την άκρη προς το κέντρο (η πηγή άνθρακα στο κέντρο είναι μικρότερη), σύμφωνα με τη "θεωρία ανταγωνιστικής θέσης" του C και του N, η συγκέντρωση πρόσμιξης στο κέντρο της πλακέτας μειώνεται σταδιακά προς την άκρη. Για να επιτευχθεί εξαιρετική ομοιομορφία συγκέντρωσης, το άκρο N2 προστίθεται ως αντιστάθμιση κατά τη διάρκεια της επιταξιακής διαδικασίας για να επιβραδυνθεί η μείωση της συγκέντρωσης πρόσμιξης από το κέντρο προς την άκρη, έτσι ώστε η τελική καμπύλη συγκέντρωσης πρόσμιξης να παρουσιάζει σχήμα "W".
2.3 Ελαττώματα επιταξιακής στιβάδας
Εκτός από το πάχος και τη συγκέντρωση προσμίξεων, το επίπεδο ελέγχου ελαττωμάτων επιταξιακής στρώσης είναι επίσης μια βασική παράμετρος για τη μέτρηση της ποιότητας των επιταξιακών πλακιδίων και ένας σημαντικός δείκτης της ικανότητας επεξεργασίας του επιταξιακού εξοπλισμού. Παρόλο που τα SBD και MOSFET έχουν διαφορετικές απαιτήσεις για ελαττώματα, τα πιο εμφανή ελαττώματα μορφολογίας επιφάνειας, όπως ελαττώματα πτώσης, τριγωνικά ελαττώματα, ελαττώματα καρότου, ελαττώματα κομήτη κ.λπ., ορίζονται ως ελαττώματα φονέα των συσκευών SBD και MOSFET. Η πιθανότητα αστοχίας των τσιπ που περιέχουν αυτά τα ελαττώματα είναι υψηλή, επομένως ο έλεγχος του αριθμού των ελαττωμάτων φονέα είναι εξαιρετικά σημαντικός για τη βελτίωση της απόδοσης των τσιπ και τη μείωση του κόστους. Το Σχήμα 5 δείχνει την κατανομή των ελαττωμάτων φονέα των επιταξιακών πλακιδίων SiC 150 mm και 200 mm. Υπό την προϋπόθεση ότι δεν υπάρχει εμφανής ανισορροπία στην αναλογία C/Si, τα ελαττώματα καρότου και τα ελαττώματα κομήτη μπορούν ουσιαστικά να εξαλειφθούν, ενώ τα ελαττώματα πτώσης και τα ελαττώματα τριγώνου σχετίζονται με τον έλεγχο καθαριότητας κατά τη λειτουργία του επιταξιακού εξοπλισμού, το επίπεδο ακαθαρσιών των γραφιτικών μερών στον θάλαμο αντίδρασης και την ποιότητα του υποστρώματος. Από τον Πίνακα 2, φαίνεται ότι η πυκνότητα θανάσιμων ελαττωμάτων των επιταξιακών πλακιδίων 150 mm και 200 mm μπορεί να ελεγχθεί εντός 0,3 σωματιδίων/cm2, το οποίο είναι ένα εξαιρετικό επίπεδο για τον ίδιο τύπο εξοπλισμού. Το επίπεδο ελέγχου θανάσιμων ελαττωμάτων της επιταξιακής πλακέτας 150 mm είναι καλύτερο από αυτό της επιταξιακής πλακέτας 200 mm. Αυτό συμβαίνει επειδή η διαδικασία προετοιμασίας υποστρώματος των 150 mm είναι πιο ώριμη από αυτή των 200 mm, η ποιότητα του υποστρώματος είναι καλύτερη και το επίπεδο ελέγχου ακαθαρσιών του θαλάμου αντίδρασης γραφίτη 150 mm είναι καλύτερο.
2.4 Επιταξιακή τραχύτητα επιφάνειας πλακιδίων
Το Σχήμα 6 δείχνει τις εικόνες AFM της επιφάνειας επιταξιακών πλακιδίων SiC 150 mm και 200 mm. Από το σχήμα φαίνεται ότι η μέση τετραγωνική τραχύτητα Ra της επιφάνειας των επιταξιακών πλακιδίων 150 mm και 200 mm είναι 0,129 nm και 0,113 nm αντίστοιχα, και η επιφάνεια του επιταξιακού στρώματος είναι λεία χωρίς εμφανές φαινόμενο μακρο-βηματικής συσσωμάτωσης. Αυτό το φαινόμενο δείχνει ότι η ανάπτυξη του επιταξιακού στρώματος διατηρεί πάντα τον τρόπο ανάπτυξης βηματικής ροής καθ' όλη τη διάρκεια της επιταξιακής διαδικασίας και δεν εμφανίζεται βηματική συσσωμάτωση. Φαίνεται ότι χρησιμοποιώντας τη βελτιστοποιημένη διαδικασία επιταξιακής ανάπτυξης, μπορούν να ληφθούν ομαλά επιταξιακά στρώματα σε υποστρώματα χαμηλής γωνίας 150 mm και 200 mm.
3 Συμπέρασμα
Οι ομοιογενείς επιταξιακές πλακέτες 4H-SiC 150 mm και 200 mm παρασκευάστηκαν με επιτυχία σε οικιακά υποστρώματα χρησιμοποιώντας τον αυτοαναπτυγμένο εξοπλισμό επιταξιακής ανάπτυξης SiC 200 mm, και αναπτύχθηκε η ομοιογενής επιταξιακή διαδικασία κατάλληλη για 150 mm και 200 mm. Ο ρυθμός επιταξιακής ανάπτυξης μπορεί να είναι μεγαλύτερος από 60 μm/h. Ενώ πληροί την απαίτηση επιταξίας υψηλής ταχύτητας, η ποιότητα της επιταξιακής πλακέτας είναι εξαιρετική. Η ομοιομορφία πάχους των επιταξιακών πλακιδίων SiC 150 mm και 200 mm μπορεί να ελεγχθεί εντός 1,5%, η ομοιομορφία συγκέντρωσης είναι μικρότερη από 3%, η πυκνότητα θανατηφόρων ελαττωμάτων είναι μικρότερη από 0,3 σωματίδια/cm2 και η μέση τετραγωνική ρίζα τραχύτητας επιφάνειας επιταξιακής επιφάνειας Ra είναι μικρότερη από 0,15 nm. Οι δείκτες βασικής διαδικασίας των επιταξιακών πλακιδίων βρίσκονται στο προηγμένο επίπεδο στον κλάδο.
Πηγή: Ειδικός Εξοπλισμός Ηλεκτρονικής Βιομηχανίας
Συγγραφέας: Xie Tianle, Li Ping, Yang Yu, Gong Xiaoliang, Ba Sai, Chen Guoqin, Wan Shengqiang
(48ο Ινστιτούτο Έρευνας της China Electronics Technology Group Corporation, Τσανγκσά, Χουνάν 410111)
Ώρα δημοσίευσης: 04 Σεπτεμβρίου 2024