2 Kokeelliset tulokset ja keskustelu
2.1Epitaksiaalinen kerrospaksuus ja tasaisuus
Epitaksiaalisen kerroksen paksuus, dopingpitoisuus ja tasaisuus ovat keskeisiä indikaattoreita epitaksiaalisten kiekkojen laadun arvioinnissa. Tarkasti hallittava paksuus, dopingpitoisuus ja kiekon tasaisuus ovat avainasemassa suorituskyvyn ja tasaisuuden varmistamisessa.SiC-teholaitteet, ja epitaksiaalisen kerroksen paksuus ja dopingpitoisuuden tasaisuus ovat myös tärkeitä perusteita epitaksiaalisten laitteiden prosessikyvyn mittaamiselle.
Kuva 3 esittää 150 mm:n ja 200 mm:n paksuuden tasaisuus- ja jakautumiskäyrän.Piikarbidiepitaksiaaliset kiekotKuvasta voidaan nähdä, että epitaksiaalisen kerroksen paksuuden jakaumakäyrä on symmetrinen kiekon keskipisteen suhteen. Epitaksiaalinen prosessiaika on 600 sekuntia, 150 mm:n epitaksiaalisen kiekon keskimääräinen epitaksiaalisen kerroksen paksuus on 10,89 µm ja paksuuden tasaisuus on 1,05 %. Laskelmien mukaan epitaksiaalinen kasvunopeus on 65,3 µm/h, mikä on tyypillinen nopea epitaksiaalisen prosessin taso. Samalla epitaksiaalisella prosessiajalla 200 mm:n epitaksiaalisen kiekon epitaksiaalisen kerroksen paksuus on 10,10 µm, paksuuden tasaisuus on 1,36 %:n sisällä ja kokonaiskasvunopeus on 60,60 µm/h, mikä on hieman pienempi kuin 150 mm:n epitaksiaalisen kasvunopeuden. Tämä johtuu siitä, että piilähteen ja hiilen lähteen virratessa reaktiokammion ylävirrasta kiekon pinnan läpi reaktiokammion alavirtaan tapahtuu selvää hävikkiä, ja 200 mm:n kiekon pinta-ala on suurempi kuin 150 mm:n kiekon pinta-ala. Kaasu virtaa 200 mm:n kiekon pinnan läpi pidemmän matkan, ja matkan varrella kuluu enemmän lähdekaasua. Kun kiekko pyörii jatkuvasti, epitaksiaalisen kerroksen kokonaispaksuus on ohuempi, joten kasvunopeus on hitaampi. Kaiken kaikkiaan 150 mm:n ja 200 mm:n epitaksiaalisten kiekkojen paksuuden tasaisuus on erinomainen, ja laitteiston prosessiominaisuudet voivat täyttää korkealaatuisten laitteiden vaatimukset.
2.2 Epitaksiaalisen kerroksen dopingpitoisuus ja tasaisuus
Kuvio 4 esittää dopingpitoisuuden tasaisuuden ja käyräjakauman 150 mm:n ja 200 mm:n välillä.Piikarbidiepitaksiaaliset kiekotKuten kuvasta voidaan nähdä, epitaksiaalisen kiekon pitoisuusjakaumakäyrä on selvästi symmetrinen kiekon keskipisteeseen nähden. 150 mm:n ja 200 mm:n epitaksiaalisen kerroksen dopingpitoisuuden tasaisuus on vastaavasti 2,80 % ja 2,66 %, jota voidaan säätää 3 %:n tarkkuudella, mikä on erinomainen taso vastaaville kansainvälisille laitteille. Epitaksiaalisen kerroksen dopingpitoisuuskäyrä on jakautunut "W"-muotoon halkaisijan suunnassa, mikä määräytyy pääasiassa vaakasuoran kuumaseinäepitaksiaalisen uunin virtauskentän mukaan, koska vaakasuoran ilmavirran epitaksiaalisen kasvatusuunin ilmavirtaussuunta on ilman sisääntulopäästä (ylävirtaan) ja virtaa ulos alavirran päästä laminaarisesti kiekon pinnan läpi; Koska hiililähteen (C2H4) "matkan varrella tapahtuvan ehtymisen" nopeus on suurempi kuin piilähteen (TCS), kiekon pyöriessä todellinen C/Si-pitoisuus kiekon pinnalla vähenee vähitellen reunasta keskustaan (keskellä olevaa hiililähdettä on vähemmän). C:n ja N:n "kilpailullisen aseman teorian" mukaan kiekon keskellä oleva dopingpitoisuus vähenee vähitellen reunaa kohti. Erinomaisen pitoisuuden tasaisuuden saavuttamiseksi reuna N2 lisätään kompensoimaan epitaksiaalisen prosessin aikana dopingpitoisuuden laskun hidastamiseksi keskustasta reunaan, jolloin lopullinen dopingpitoisuuskäyrä on "W"-muotoinen.
2.3 Epitaksiaalisen kerroksen viat
Paksuuden ja dopingpitoisuuden lisäksi epitaksiaalikerroksen virheiden hallinnan taso on myös keskeinen parametri epitaksiaalikiekkojen laadun mittaamisessa ja tärkeä indikaattori epitaksiaalilaitteiden prosessikyvylle. Vaikka SBD- ja MOSFET-transistoreilla on erilaiset vaatimukset virheille, ilmeisimmät pintamorfologiavirheet, kuten pisaravirheet, kolmiovirheet, porkkanavirheet ja komeettavirheet jne., määritellään SBD- ja MOSFET-laitteiden tappajavirheiksi. Näitä virheitä sisältävien sirujen vikaantumisen todennäköisyys on korkea, joten tappajavirheiden määrän hallinta on erittäin tärkeää sirun saannon parantamiseksi ja kustannusten vähentämiseksi. Kuva 5 esittää 150 mm:n ja 200 mm:n piikarbidiepitaksiaalikiekkojen tappajavirheiden jakauman. Edellyttäen, että C/Si-suhteessa ei ole ilmeistä epätasapainoa, porkkanavirheet ja komeettavirheet voidaan periaatteessa poistaa, kun taas pisara- ja kolmiovirheet liittyvät epitaksiaalilaitteiden käytön aikaiseen puhtauden hallintaan, reaktiokammion grafiittiosien epäpuhtaustasoon ja substraatin laatuun. Taulukosta 2 voidaan nähdä, että 150 mm:n ja 200 mm:n epitaksiaalikiekkojen tappajavirhetiheys voidaan säätää 0,3 hiukkasen/cm2:n rajoissa, mikä on erinomainen taso saman tyyppiselle laitteelle. 150 mm:n epitaksiaalikiekon tappajavirhetiheyden säätötaso on parempi kuin 200 mm:n epitaksiaalikiekon. Tämä johtuu siitä, että 150 mm:n substraatin valmistusprosessi on kehittyneempi kuin 200 mm:n, substraatin laatu on parempi ja 150 mm:n grafiittireaktorikammion epäpuhtauksien säätötaso on parempi.
2.4 Epitaksiaalinen kiekon pinnan karheus
Kuvassa 6 on esitetty 150 mm:n ja 200 mm:n piikarbidiepitaksiaalikiekkojen pinnan AFM-kuvat. Kuvasta voidaan nähdä, että 150 mm:n ja 200 mm:n epitaksiaalikiekkojen pinnan neliöllinen karheus (Ra) on vastaavasti 0,129 nm ja 0,113 nm, ja epitaksiaalikerroksen pinta on sileä ilman selvää makroaskelmaista aggregaatioilmiötä. Tämä ilmiö osoittaa, että epitaksiaalikerroksen kasvu ylläpitää aina askelmaista kasvutapaa koko epitaksiaaliprosessin ajan, eikä askelmaista aggregaatiota tapahdu. Voidaan nähdä, että optimoitua epitaksiaalikasvuprosessia käyttämällä voidaan saada sileitä epitaksiaalikerroksia 150 mm:n ja 200 mm:n matalakulmaisille alustoille.
3 Johtopäätös
150 mm:n ja 200 mm:n 4H-SiC-homogeeniset epitaksiaalikiekot valmistettiin onnistuneesti kotimaisille alustoille käyttämällä itse kehitettyä 200 mm:n SiC-epitaksiaalikasvatuslaitteistoa, ja kehitettiin 150 mm:n ja 200 mm:n kiekoille soveltuva homogeeninen epitaksiaaliprosessi. Epitaksiaalikasvunopeus voi olla yli 60 μm/h. Epitaksiaalikiekon laatu on erinomainen, vaikka se täyttääkin nopean epitaksian vaatimukset. 150 mm:n ja 200 mm:n SiC-epitaksiaalikiekkojen paksuuden tasaisuutta voidaan säätää 1,5 %:n tarkkuudella, pitoisuuden tasaisuus on alle 3 %, kuolemaan johtavien virheiden tiheys on alle 0,3 hiukkasta/cm2 ja epitaksiaalisen pinnan karheuden neliöllinen juurikeskiarvo Ra on alle 0,15 nm. Epitaksiaalikiekkojen keskeiset prosessi-indikaattorit ovat alan edistyneellä tasolla.
Lähde: Elektroniikkateollisuuden erikoislaitteet
Kirjailija: Xie Tianle, Li Ping, Yang Yu, Gong Xiaoliang, Ba Sai, Chen Guoqin, Wan Shengqiang
(Kiinan elektroniikkateknologiaryhmän 48. tutkimuslaitos, Changsha, Hunan 410111)
Julkaisun aika: 04.09.2024