2 Eksperimentaalsed tulemused ja arutelu
2.1Epitaksiaalne kihtpaksus ja ühtlus
Epitaksiaalkihi paksus, dopingu kontsentratsioon ja ühtlus on ühed põhinäitajad epitaksiaalkiipide kvaliteedi hindamisel. Täpselt kontrollitav paksus, dopingu kontsentratsioon ja ühtlus kiibis on võtmetähtsusega jõudluse ja järjepidevuse tagamiseks.SiC-toiteseadmedning epitaksiaalkihi paksus ja dopeerimiskontsentratsiooni ühtlus on samuti olulised alused epitaksiaalseadmete protsessivõime mõõtmiseks.
Joonis 3 näitab paksuse ühtluse ja jaotuse kõverat 150 mm ja 200 mm puhul.SiC epitaksiaalsed vahvlidJooniselt on näha, et epitaksiaalse kihi paksuse jaotuskõver on sümmeetriline vahvli keskpunkti suhtes. Epitaksiaalse protsessi aeg on 600 sekundit, 150 mm epitaksiaalse vahvli keskmine epitaksiaalse kihi paksus on 10,89 μm ja paksuse ühtlus on 1,05%. Arvutuse kohaselt on epitaksiaalne kasvukiirus 65,3 μm/h, mis on tüüpiline kiire epitaksiaalse protsessi tase. Sama epitaksiaalse protsessi aja jooksul on 200 mm epitaksiaalse vahvli epitaksiaalse kihi paksus 10,10 μm, paksuse ühtlus on 1,36% piires ja üldine kasvukiirus on 60,60 μm/h, mis on veidi madalam kui 150 mm epitaksiaalsel kasvukiirusel. See on nii, kuna räniallika ja süsinikuallika liikumisel reaktsioonikambri ülesvoolust läbi vahvli pinna reaktsioonikambri allavoolu tekib teel ilmne kaotus ning 200 mm vahvli pindala on suurem kui 150 mm. Gaas voolab läbi 200 mm vahvli pinna pikema vahemaa ja teel tarbitav allikagaas on suurem. Kui vahvel pöörleb pidevalt, on epitaksiaalkihi kogupaksus õhem ja kasvukiirus on aeglasem. Üldiselt on 150 mm ja 200 mm epitaksiaalvahvlite paksuse ühtlus suurepärane ning seadmete töötlemisvõimalused vastavad kvaliteetsete seadmete nõuetele.
2.2 Epitaksiaalse kihi dopeerimise kontsentratsioon ja ühtlus
Joonis 4 näitab dopingukontsentratsiooni ühtlust ja kõvera jaotust 150 μM ja 200 μM juures.SiC epitaksiaalsed vahvlidNagu jooniselt näha, on epitaksiaalse vahvli kontsentratsioonijaotuse kõveral ilmne sümmeetria vahvli keskpunkti suhtes. 150 mm ja 200 mm epitaksiaalsete kihtide dopingkontsentratsiooni ühtlus on vastavalt 2,80% ja 2,66%, mida saab reguleerida 3% piires, mis on sarnaste rahvusvaheliste seadmete puhul suurepärane tase. Epitaksiaalse kihi dopingkontsentratsiooni kõver on jaotunud läbimõõdu suunas W-kujuliselt, mille määrab peamiselt horisontaalse kuuma seinaga epitaksiaalse ahju vooluväli, kuna horisontaalse õhuvoolu epitaksiaalse kasvuahju õhuvoolu suund on õhu sisselaskeotsast (ülesvoolu) ja voolab allavoolu otsast laminaarselt läbi vahvli pinna; Kuna süsinikuallika (C2H4) "pikisuunalise ammendumise" kiirus on suurem kui räniallikal (TCS), siis vahvli pöörlemisel väheneb tegelik C/Si vahvli pinnal servast keskpunkti liikudes järk-järgult (süsinikuallikas keskel on väiksem). C ja N "konkurentsivõimelise positsiooni teooria" kohaselt väheneb dopingukontsentratsioon vahvli keskel järk-järgult serva suunas. Suurepärase kontsentratsiooni ühtluse saavutamiseks lisatakse epitaksiaalse protsessi ajal kompensatsiooniks serv N2, et aeglustada dopingukontsentratsiooni langust keskelt servani, nii et lõplik dopingukontsentratsiooni kõver on "W" kujuga.
2.3 Epitaksiaalse kihi defektid
Lisaks paksusele ja legeerimiskontsentratsioonile on epitaksiaalkihi defektide kontrolli tase ka epitaksiaalvahvlite kvaliteedi mõõtmise põhiparameeter ja epitaksiaalseadmete protsessivõime oluline näitaja. Kuigi SBD-l ja MOSFET-il on defektide osas erinevad nõuded, defineeritakse SBD- ja MOSFET-seadmete tapjadefektidena ilmsemaid pinnamorfoloogia defekte, nagu tilgadefektid, kolmnurkdefektid, porgandidefektid, komeedidefektid jne. Nende defektidega kiipide rikke tõenäosus on suur, seega on tapjadefektide arvu kontrollimine äärmiselt oluline kiibi saagikuse parandamiseks ja kulude vähendamiseks. Joonis 5 näitab 150 mm ja 200 mm SiC epitaksiaalvahvlite tapjadefektide jaotust. Tingimusel, et C/Si suhtes ei ole ilmset tasakaalustamatust, saab porgandidefekte ja komeedidefekte põhimõtteliselt kõrvaldada, samas kui tilgadefektid ja kolmnurkdefektid on seotud puhtuse kontrolliga epitaksiaalseadmete töötamise ajal, grafiidist osade lisandite tasemega reaktsioonikambris ja aluspinna kvaliteediga. Tabelist 2 on näha, et 150 mm ja 200 mm epitaksiaalsete vahvlite tapjadefektide tihedust saab kontrollida 0,3 osakese/cm2 piires, mis on sama tüüpi seadmete puhul suurepärane tase. 150 mm epitaksiaalse vahvli fataalsete defektide tiheduse kontrolli tase on parem kui 200 mm epitaksiaalsel vahvlil. Selle põhjuseks on asjaolu, et 150 mm substraadi ettevalmistusprotsess on küpsem kui 200 mm oma, substraadi kvaliteet on parem ja 150 mm grafiidist reaktsioonikambri lisandite kontrolli tase on parem.
2.4 Epitaksiaalne vahvli pinna karedus
Joonis 6 näitab 150 mm ja 200 mm SiC epitaksiaalsete vahvlite pinna AFM-kujutisi. Jooniselt on näha, et 150 mm ja 200 mm epitaksiaalsete vahvlite pinna ruutkeskmine karedus Ra on vastavalt 0,129 nm ja 0,113 nm ning epitaksiaalse kihi pind on sile, ilma ilmse makrosammulise agregatsiooni nähtuseta. See nähtus näitab, et epitaksiaalse kihi kasv säilitab kogu epitaksiaalse protsessi vältel alati astmelise kasvurežiimi ja astmelist agregatsiooni ei toimu. On näha, et optimeeritud epitaksiaalse kasvuprotsessi abil saab siledaid epitaksiaalseid kihte saada 150 mm ja 200 mm madala nurga all olevatele aluspindadele.
3 Kokkuvõte
150 mm ja 200 mm 4H-SiC homogeensed epitaksiaalsed vahvlid valmistati edukalt kodumaistel aluspindadel, kasutades ise väljatöötatud 200 mm SiC epitaksiaalse kasvu seadet, ning töötati välja 150 mm ja 200 mm jaoks sobiv homogeenne epitaksiaalne protsess. Epitaksiaalne kasvukiirus võib olla suurem kui 60 μm/h. Kuigi epitaksiaalse vahvli kvaliteet vastab kiire epitaksiaalse kasvu nõuetele, on see suurepärane. 150 mm ja 200 mm SiC epitaksiaalsete vahvlite paksuse ühtlust saab kontrollida 1,5% piires, kontsentratsiooni ühtlus on alla 3%, surmavate defektide tihedus on alla 0,3 osakese/cm2 ja epitaksiaalse pinna kareduse ruutkeskmine väärtus Ra on alla 0,15 nm. Epitaksiaalsete vahvlite põhiprotsessi näitajad on tööstuses kõrgel tasemel.
Allikas: Elektroonikatööstuse eriseadmed
Autor: Xie Tianle, Li Ping, Yang Yu, Gong Xiaoliang, Ba Sai, Chen Guoqin, Wan Shengqiang
(Hiina Elektroonikatehnoloogia Grupi Korporatsiooni 48. Uurimisinstituut, Changsha, Hunan 410111)
Postituse aeg: 04.09.2024