૨ પ્રાયોગિક પરિણામો અને ચર્ચા
૨.૧એપિટેક્સિયલ સ્તરજાડાઈ અને એકરૂપતા
એપિટેક્સિયલ વેફર્સની ગુણવત્તા નક્કી કરવા માટે એપિટેક્સિયલ લેયર જાડાઈ, ડોપિંગ સાંદ્રતા અને એકરૂપતા મુખ્ય સૂચકાંકોમાંના એક છે. વેફરની અંદર સચોટ રીતે નિયંત્રિત જાડાઈ, ડોપિંગ સાંદ્રતા અને એકરૂપતા એ કામગીરી અને સુસંગતતા સુનિશ્ચિત કરવાની ચાવી છે.SiC પાવર ડિવાઇસીસ, અને એપિટેક્સિયલ સ્તરની જાડાઈ અને ડોપિંગ સાંદ્રતા એકરૂપતા પણ એપિટેક્સિયલ સાધનોની પ્રક્રિયા ક્ષમતાને માપવા માટે મહત્વપૂર્ણ પાયા છે.
આકૃતિ 3 150 મીમી અને 200 મીમીની જાડાઈ એકરૂપતા અને વિતરણ વળાંક દર્શાવે છે.SiC એપિટેક્સિયલ વેફર્સ. આકૃતિ પરથી જોઈ શકાય છે કે એપિટેક્સિયલ લેયર જાડાઈ વિતરણ વળાંક વેફરના કેન્દ્ર બિંદુની આસપાસ સપ્રમાણ છે. એપિટેક્સિયલ પ્રક્રિયા સમય 600s છે, 150mm એપિટેક્સિયલ વેફરની સરેરાશ એપિટેક્સિયલ લેયર જાડાઈ 10.89 um છે, અને જાડાઈ એકરૂપતા 1.05% છે. ગણતરી દ્વારા, એપિટેક્સિયલ વૃદ્ધિ દર 65.3 um/h છે, જે એક લાક્ષણિક ઝડપી એપિટેક્સિયલ પ્રક્રિયા સ્તર છે. સમાન એપિટેક્સિયલ પ્રક્રિયા સમય હેઠળ, 200 mm એપિટેક્સિયલ વેફરની એપિટેક્સિયલ લેયર જાડાઈ 10.10 um છે, જાડાઈ એકરૂપતા 1.36% ની અંદર છે, અને એકંદર વૃદ્ધિ દર 60.60 um/h છે, જે 150 mm એપિટેક્સિયલ વૃદ્ધિ દર કરતા થોડો ઓછો છે. આનું કારણ એ છે કે જ્યારે સિલિકોન સ્ત્રોત અને કાર્બન સ્ત્રોત પ્રતિક્રિયા ચેમ્બરના ઉપરના પ્રવાહથી વેફર સપાટી દ્વારા પ્રતિક્રિયા ચેમ્બરના ડાઉનસ્ટ્રીમ તરફ વહે છે, અને 200 મીમી વેફર વિસ્તાર 150 મીમી કરતા મોટો હોય છે, ત્યારે રસ્તામાં સ્પષ્ટ નુકસાન થાય છે. ગેસ 200 મીમી વેફરની સપાટી પરથી લાંબા અંતર સુધી વહે છે, અને રસ્તામાં વપરાતો સ્ત્રોત ગેસ વધુ હોય છે. જો વેફર ફરતું રહે છે, તો એપિટેક્સિયલ સ્તરની એકંદર જાડાઈ પાતળી હોય છે, તેથી વૃદ્ધિ દર ધીમો હોય છે. એકંદરે, 150 મીમી અને 200 મીમી એપિટેક્સિયલ વેફર્સની જાડાઈ એકરૂપતા ઉત્તમ છે, અને સાધનોની પ્રક્રિયા ક્ષમતા ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા ઉપકરણોની જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરી શકે છે.
૨.૨ એપિટેક્સિયલ સ્તર ડોપિંગ સાંદ્રતા અને એકરૂપતા
આકૃતિ 4 150 મીમી અને 200 મીમીની ડોપિંગ સાંદ્રતા એકરૂપતા અને વળાંક વિતરણ દર્શાવે છે.SiC એપિટેક્સિયલ વેફર્સ. આકૃતિ પરથી જોઈ શકાય છે તેમ, એપિટેક્સિયલ વેફર પર સાંદ્રતા વિતરણ વળાંક વેફરના કેન્દ્રની તુલનામાં સ્પષ્ટ સમપ્રમાણતા ધરાવે છે. 150 મીમી અને 200 મીમી એપિટેક્સિયલ સ્તરોની ડોપિંગ સાંદ્રતા એકરૂપતા અનુક્રમે 2.80% અને 2.66% છે, જેને 3% ની અંદર નિયંત્રિત કરી શકાય છે, જે સમાન આંતરરાષ્ટ્રીય સાધનો માટે ઉત્તમ સ્તર છે. એપિટેક્સિયલ સ્તરનો ડોપિંગ સાંદ્રતા વળાંક વ્યાસની દિશા સાથે "W" આકારમાં વિતરિત થાય છે, જે મુખ્યત્વે આડી ગરમ દિવાલ એપિટેક્સિયલ ભઠ્ઠીના પ્રવાહ ક્ષેત્ર દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે, કારણ કે આડી એરફ્લો એપિટેક્સિયલ વૃદ્ધિ ભઠ્ઠીની હવા પ્રવાહ દિશા હવાના ઇનલેટ એન્ડ (અપસ્ટ્રીમ) માંથી હોય છે અને ડાઉનસ્ટ્રીમ એન્ડથી વેફર સપાટી દ્વારા લેમિનર રીતે વહે છે; કારણ કે કાર્બન સ્ત્રોત (C2H4) નો "અલોંગ-ધ-વે ડિપ્લેશન" દર સિલિકોન સ્ત્રોત (TCS) કરતા વધારે છે, જ્યારે વેફર ફરે છે, ત્યારે વેફર સપાટી પરનો વાસ્તવિક C/Si ધીમે ધીમે ધારથી કેન્દ્ર તરફ ઘટે છે (કેન્દ્રમાં કાર્બન સ્ત્રોત ઓછો છે), C અને N ના "સ્પર્ધાત્મક સ્થિતિ સિદ્ધાંત" અનુસાર, વેફરના કેન્દ્રમાં ડોપિંગ સાંદ્રતા ધીમે ધીમે ધાર તરફ ઘટે છે, ઉત્તમ સાંદ્રતા એકરૂપતા મેળવવા માટે, કેન્દ્રથી ધાર સુધી ડોપિંગ સાંદ્રતામાં ઘટાડો ધીમો કરવા માટે એપિટેક્સિયલ પ્રક્રિયા દરમિયાન વળતર તરીકે ધાર N2 ઉમેરવામાં આવે છે, જેથી અંતિમ ડોપિંગ સાંદ્રતા વળાંક "W" આકાર રજૂ કરે.
૨.૩ એપિટેક્સિયલ સ્તર ખામીઓ
જાડાઈ અને ડોપિંગ સાંદ્રતા ઉપરાંત, એપિટેક્સિયલ લેયર ડિફેક્ટ કંટ્રોલનું સ્તર એપિટેક્સિયલ વેફર્સની ગુણવત્તા માપવા માટેનું એક મુખ્ય પરિમાણ છે અને એપિટેક્સિયલ સાધનોની પ્રક્રિયા ક્ષમતાનું એક મહત્વપૂર્ણ સૂચક છે. જોકે SBD અને MOSFET માં ખામીઓ માટે અલગ અલગ આવશ્યકતાઓ છે, વધુ સ્પષ્ટ સપાટી મોર્ફોલોજી ખામીઓ જેમ કે ડ્રોપ ખામીઓ, ત્રિકોણ ખામીઓ, ગાજર ખામીઓ, ધૂમકેતુ ખામીઓ, વગેરેને SBD અને MOSFET ઉપકરણોના કિલર ખામીઓ તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે. આ ખામીઓ ધરાવતી ચિપ્સની નિષ્ફળતાની સંભાવના વધારે છે, તેથી ચિપ ઉપજ સુધારવા અને ખર્ચ ઘટાડવા માટે કિલર ખામીઓની સંખ્યાને નિયંત્રિત કરવી અત્યંત મહત્વપૂર્ણ છે. આકૃતિ 5 150 mm અને 200 mm SiC એપિટેક્સિયલ વેફર્સના કિલર ખામીઓનું વિતરણ દર્શાવે છે. C/Si ગુણોત્તરમાં કોઈ સ્પષ્ટ અસંતુલન ન હોય તેવી સ્થિતિમાં, ગાજર ખામીઓ અને ધૂમકેતુ ખામીઓને મૂળભૂત રીતે દૂર કરી શકાય છે, જ્યારે ડ્રોપ ખામીઓ અને ત્રિકોણ ખામીઓ એપિટેક્સિયલ સાધનોના સંચાલન દરમિયાન સ્વચ્છતા નિયંત્રણ, પ્રતિક્રિયા ચેમ્બરમાં ગ્રેફાઇટ ભાગોના અશુદ્ધિ સ્તર અને સબસ્ટ્રેટની ગુણવત્તા સાથે સંબંધિત છે. કોષ્ટક 2 પરથી, તે જોઈ શકાય છે કે 150 મીમી અને 200 મીમી એપિટેક્સિયલ વેફર્સની કિલર ડિફેક્ટ ડેન્સિટી 0.3 કણો/સેમી 2 ની અંદર નિયંત્રિત કરી શકાય છે, જે સમાન પ્રકારના સાધનો માટે એક ઉત્તમ સ્તર છે. 150 મીમી એપિટેક્સિયલ વેફરનું ઘાતક ડિફેક્ટ ડેન્સિટી કંટ્રોલ લેવલ 200 મીમી એપિટેક્સિયલ વેફર કરતા વધુ સારું છે. આનું કારણ એ છે કે 150 મીમીની સબસ્ટ્રેટ તૈયારી પ્રક્રિયા 200 મીમી કરતા વધુ પરિપક્વ છે, સબસ્ટ્રેટ ગુણવત્તા વધુ સારી છે, અને 150 મીમી ગ્રેફાઇટ રિએક્શન ચેમ્બરનું અશુદ્ધિ નિયંત્રણ લેવલ વધુ સારું છે.
૨.૪ એપિટેક્સિયલ વેફર સપાટીની ખરબચડીતા
આકૃતિ 6 150 mm અને 200 mm SiC એપિટેક્સિયલ વેફર્સની સપાટીની AFM છબીઓ દર્શાવે છે. આકૃતિ પરથી જોઈ શકાય છે કે 150 mm અને 200 mm એપિટેક્સિયલ વેફર્સની સપાટીના મૂળ સરેરાશ ચોરસ રફનેસ Ra અનુક્રમે 0.129 nm અને 0.113 nm છે, અને એપિટેક્સિયલ સ્તરની સપાટી સ્પષ્ટ મેક્રો-સ્ટેપ એગ્રિગેશન ઘટના વિના સરળ છે. આ ઘટના દર્શાવે છે કે એપિટેક્સિયલ સ્તરનો વિકાસ હંમેશા સમગ્ર એપિટેક્સિયલ પ્રક્રિયા દરમિયાન સ્ટેપ ફ્લો ગ્રોથ મોડ જાળવી રાખે છે, અને કોઈ સ્ટેપ એગ્રિગેશન થતું નથી. તે જોઈ શકાય છે કે ઑપ્ટિમાઇઝ્ડ એપિટેક્સિયલ વૃદ્ધિ પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ કરીને, 150 mm અને 200 mm લો-એંગલ સબસ્ટ્રેટ પર સરળ એપિટેક્સિયલ સ્તરો મેળવી શકાય છે.
૩ નિષ્કર્ષ
સ્વ-વિકસિત 200 mm SiC એપિટેક્સિયલ ગ્રોથ સાધનોનો ઉપયોગ કરીને ઘરેલુ સબસ્ટ્રેટ પર 150 mm અને 200 mm 4H-SiC સજાતીય એપિટેક્સિયલ વેફર્સ સફળતાપૂર્વક તૈયાર કરવામાં આવ્યા હતા, અને 150 mm અને 200 mm માટે યોગ્ય સજાતીય એપિટેક્સિયલ પ્રક્રિયા વિકસાવવામાં આવી હતી. એપિટેક્સિયલ વૃદ્ધિ દર 60 μm/h કરતા વધારે હોઈ શકે છે. હાઇ-સ્પીડ એપિટેક્સિયલ જરૂરિયાતને પૂર્ણ કરતી વખતે, એપિટેક્સિયલ વેફર ગુણવત્તા ઉત્તમ છે. 150 mm અને 200 mm SiC એપિટેક્સિયલ વેફર્સની જાડાઈ એકરૂપતા 1.5% ની અંદર નિયંત્રિત કરી શકાય છે, સાંદ્રતા એકરૂપતા 3% કરતા ઓછી છે, ઘાતક ખામી ઘનતા 0.3 કણો/cm2 કરતા ઓછી છે, અને એપિટેક્સિયલ સપાટી રફનેસ રુટ મીન સ્ક્વેર Ra 0.15 nm કરતા ઓછી છે. એપિટેક્સિયલ વેફર્સના મુખ્ય પ્રક્રિયા સૂચકાંકો ઉદ્યોગમાં અદ્યતન સ્તરે છે.
સ્ત્રોત: ઇલેક્ટ્રોનિક ઉદ્યોગ વિશેષ સાધનો
લેખક: Xie Tianle, Li Ping, Yang Yu, Gong Xiaoliang, Ba Sai, Chen Guoqin, Wan Shengqiang
(ચાઇના ઇલેક્ટ્રોનિક્સ ટેકનોલોજી ગ્રુપ કોર્પોરેશનની 48મી રિસર્ચ ઇન્સ્ટિટ્યૂટ, ચાંગશા, હુનાન 410111)
પોસ્ટ સમય: સપ્ટેમ્બર-૦૪-૨૦૨૪