2 Esperimentu-emaitzak eta eztabaida
2.1Geruza epitaxialalodiera eta uniformetasuna
Epitaxial geruzaren lodiera, dopaje-kontzentrazioa eta uniformetasuna dira epitaxial obleen kalitatea epaitzeko adierazle nagusietako bat. Zehaztasunez kontrola daitekeen lodiera, dopaje-kontzentrazioa eta oblearen barruko uniformetasuna dira errendimendua eta koherentzia bermatzeko gakoa.SiC potentzia gailuak, eta epitaxial geruzaren lodiera eta dopaje kontzentrazioaren uniformetasuna ere oinarri garrantzitsuak dira epitaxial ekipamenduen prozesu-gaitasuna neurtzeko.
3. irudiak 150 mm-ko eta 200 mm-ko lodiera-uniformetasuna eta banaketa-kurba erakusten ditu.SiC epitaxial obleakIrudian ikus daitekeenez, epitaxial geruzaren lodieraren banaketa-kurba simetrikoa da oblearen erdigunearekiko. Prozesu epitaxialaren denbora 600 segundokoa da, 150 mm-ko epitaxial oblearen batez besteko epitaxial geruzaren lodiera 10,89 um-koa da, eta lodieraren uniformetasuna % 1,05ekoa da. Kalkuluen arabera, epitaxial hazkunde-tasa 65,3 um/h-koa da, hau da, ohiko epitaxial prozesu azkar baten maila. Prozesu epitaxialaren denbora beraren pean, 200 mm-ko epitaxial oblearen epitaxial geruzaren lodiera 10,10 um-koa da, lodieraren uniformetasuna % 1,36ren barruan dago, eta hazkunde-tasa orokorra 60,60 um/h-koa da, hau da, 150 mm-ko epitaxial hazkunde-tasa baino zertxobait txikiagoa. Hau horrela da, silizio iturria eta karbono iturria erreakzio ganberaren goiko aldetik oblearen gainazaletik erreakzio ganberaren beheko aldera isurtzen direnean bidean galera nabarmena dagoelako, eta 200 mm-ko oblearen azalera 150 mm-koa baino handiagoa delako. Gasa 200 mm-ko oblearen gainazaletik distantzia luzeagoan isurtzen da, eta bidean kontsumitzen den iturri gasa handiagoa da. Oblea biratzen jarraitzen duen baldintzapean, epitaxial geruzaren lodiera orokorra meheagoa da, beraz, hazkunde-tasa motelagoa da. Oro har, 150 mm-ko eta 200 mm-ko oblea epitaxialen lodiera-uniformetasuna bikaina da, eta ekipamenduaren prozesatzeko gaitasunak kalitate handiko gailuen eskakizunak bete ditzake.
2.2 Epitaxial geruzaren dopaketaren kontzentrazioa eta uniformetasuna
4. irudiak 150 mm-ko eta 200 mm-ko dopatze-kontzentrazioaren uniformetasuna eta kurben banaketa erakusten ditu.SiC epitaxial obleak. Irudian ikus daitekeen bezala, epitaxial oblearen kontzentrazioaren banaketa-kurbak simetria nabarmena du oblearen erdialdearekiko. 150 mm-ko eta 200 mm-ko epitaxial geruzen dopatze-kontzentrazioaren uniformetasuna % 2,80 eta % 2,66koa da, hurrenez hurren, eta % 3ko tartean kontrola daiteke, eta maila bikaina da antzeko nazioarteko ekipamenduetarako. Epitaxial geruzaren dopatze-kontzentrazioaren kurba "W" forman banatzen da diametroaren norabidean zehar, eta hori batez ere horma bero horizontaleko epitaxial labearen fluxu-eremuak zehazten du, aire-fluxu horizontaleko epitaxial hazkuntza-labearen aire-fluxuaren norabidea aire-sarrerako muturretik (gora) baitago eta beheranzko muturretik irteten baita modu laminarrean oblearen gainazaletik. Karbono iturriaren (C2H4) "bide osoko agortze-tasa" silizio iturriaren (TCS) tasa baino handiagoa denez, oblea biratzen denean, oblearen gainazaleko benetako C/Si pixkanaka gutxitzen da ertzetik erdigunera (erdiguneko karbono iturria txikiagoa da), C eta N-ren "posizio lehiakorraren teoriaren" arabera, oblearen erdiguneko dopaje-kontzentrazioa pixkanaka gutxitzen da ertzerantz, kontzentrazio-uniformetasun bikaina lortzeko, N2 ertza gehitzen da konpentsazio gisa epitaxial prozesuan zehar, dopaje-kontzentrazioaren jaitsiera erdigunetik ertzera moteltzeko, azken dopaje-kontzentrazioaren kurbak "W" forma izan dezan.
2.3 Geruza epitaxialaren akatsak
Lodiera eta dopatze-kontzentrazioaz gain, epitaxial geruzako akatsen kontrol-maila ere funtsezko parametroa da epitaxial obaleen kalitatea neurtzeko, eta epitaxial ekipamenduen prozesu-gaitasunaren adierazle garrantzitsua. SBD eta MOSFETek akatsetarako eskakizun desberdinak dituzten arren, gainazaleko morfologia-akats nabarmenagoak, hala nola tanta-akatsak, triangelu-akatsak, azenario-akatsak, kometa-akatsak, etab., SBD eta MOSFET gailuen akats hiltzaile gisa definitzen dira. Akats hauek dituzten txipen huts egiteko probabilitatea handia da, beraz, akats hiltzaileen kopurua kontrolatzea oso garrantzitsua da txiparen errendimendua hobetzeko eta kostuak murrizteko. 5. irudiak 150 mm-ko eta 200 mm-ko SiC epitaxial obaleen akats hiltzaileen banaketa erakusten du. C/Si erlazioan desoreka nabarmenik ez dagoenean, azenario-akatsak eta kometa-akatsak funtsean ezaba daitezke, tanta-akatsak eta triangelu-akatsak, berriz, epitaxial ekipamenduaren funtzionamenduan zeharreko garbitasun-kontrolarekin, erreakzio-ganberako grafito-piezen ezpurutasun-mailarekin eta substratuaren kalitatearekin lotuta daude. 2. taulatik ikus daiteke 150 mm-ko eta 200 mm-ko epitaxial obaleen akats hiltzaileen dentsitatea 0,3 partikula/cm2-ren barruan kontrola daitekeela, eta hori maila bikaina da ekipamendu mota berarentzat. 150 mm-ko epitaxial obaleko akats hilgarrien dentsitatearen kontrol maila 200 mm-ko epitaxial obalekoa baino hobea da. Hau horrela da, 150 mm-ko substratuaren prestaketa prozesua 200 mm-koa baino helduagoa delako, substratuaren kalitatea hobea delako eta 150 mm-ko grafitozko erreakzio ganberaren ezpurutasunen kontrol maila hobea delako.
2.4 Oblea epitaxialaren gainazaleko zimurtasuna
6. irudiak 150 mm-ko eta 200 mm-ko SiC epitaxial obleten gainazalaren AFM irudiak erakusten ditu. Irudian ikus daitekeenez, 150 mm-ko eta 200 mm-ko epitaxial obleten gainazaleko erro karratu ertainaren Ra zimurtasuna 0,129 nm eta 0,113 nm da, hurrenez hurren, eta epitaxial geruzaren gainazala leuna da, makro-urrats agregazio fenomeno nabarmenik gabe. Fenomeno honek erakusten du epitaxial geruzaren hazkundeak beti mantentzen duela urrats-fluxuaren hazkunde modua epitaxial prozesu osoan zehar, eta ez dela urrats agregaziorik gertatzen. Ikus daiteke epitaxial hazkunde prozesu optimizatua erabiliz, epitaxial geruza leunak lor daitezkeela 150 mm-ko eta 200 mm-ko angelu baxuko substratuetan.
3 Ondorioa
150 mm-ko eta 200 mm-ko 4H-SiC epitaxial obleak homogeneoak arrakastaz prestatu ziren etxeko substratuetan, autogaratutako 200 mm-ko SiC epitaxial hazkuntza ekipamendua erabiliz, eta 150 mm-rako egokia den epitaxial prozesu homogeneoa garatu zen. Epitaxial hazkuntza-tasa 60 μm/h baino handiagoa izan daiteke. Abiadura handiko epitaxia eskakizuna betetzen duen arren, epitaxial oblearen kalitatea bikaina da. 150 mm-ko eta 200 mm-ko SiC epitaxial obleen lodieraren uniformetasuna % 1,5ean kontrola daiteke, kontzentrazioaren uniformetasuna % 3 baino txikiagoa da, akats hilgarrien dentsitatea 0,3 partikula/cm2 baino txikiagoa da, eta epitaxial gainazaleko zimurtasunaren erro karratu ertaina Ra 0,15 nm baino txikiagoa da. Epitaxial obleen prozesuaren oinarrizko adierazleak maila aurreratuan daude industrian.
Iturria: Industria Elektronikoaren Ekipamendu Berezia
Egileak: Xie Tianle, Li Ping, Yang Yu, Gong Xiaoliang, Ba Sai, Chen Guoqin, Wan Shengqiang
(Txinako Elektronika Teknologia Talde Korporazioaren 48. Ikerketa Institutua, Changsha, Hunan 410111)
Argitaratze data: 2024ko irailaren 4a