2 प्रायोगिक परिणाम और चर्चा
2.1एपिटैक्सियल परतमोटाई और एकरूपता
एपिटैक्सियल परत की मोटाई, डोपिंग सांद्रता और एकरूपता, एपिटैक्सियल वेफर्स की गुणवत्ता का आकलन करने वाले प्रमुख संकेतकों में से एक हैं। वेफर के भीतर मोटाई, डोपिंग सांद्रता और एकरूपता को सटीक रूप से नियंत्रित करना, प्रदर्शन और स्थिरता सुनिश्चित करने की कुंजी है।SiC पावर डिवाइसएपिटैक्सियल परत की मोटाई और डोपिंग सांद्रता की एकरूपता भी एपिटैक्सियल उपकरणों की प्रक्रिया क्षमता को मापने के लिए महत्वपूर्ण आधार हैं।
चित्र 3 में 150 मिमी और 200 मिमी मोटाई की एकरूपता और वितरण वक्र दर्शाया गया है।SiC एपिटैक्सियल वेफर्सचित्र से देखा जा सकता है कि एपिटैक्सियल परत की मोटाई का वितरण वक्र वेफर के केंद्र बिंदु के सापेक्ष सममित है। एपिटैक्सियल प्रक्रिया का समय 600 सेकंड है, 150 मिमी एपिटैक्सियल वेफर की औसत एपिटैक्सियल परत की मोटाई 10.89 माइक्रोमीटर है और मोटाई की एकरूपता 1.05% है। गणना के अनुसार, एपिटैक्सियल वृद्धि दर 65.3 माइक्रोमीटर/घंटा है, जो एक विशिष्ट तीव्र एपिटैक्सियल प्रक्रिया स्तर है। समान एपिटैक्सियल प्रक्रिया समय में, 200 मिमी एपिटैक्सियल वेफर की एपिटैक्सियल परत की मोटाई 10.10 माइक्रोमीटर है, मोटाई की एकरूपता 1.36% के भीतर है और कुल वृद्धि दर 60.60 माइक्रोमीटर/घंटा है, जो 150 मिमी एपिटैक्सियल वृद्धि दर से थोड़ी कम है। इसका कारण यह है कि सिलिकॉन स्रोत और कार्बन स्रोत के अभिक्रिया कक्ष के ऊपरी भाग से वेफर की सतह से होते हुए अभिक्रिया कक्ष के निचले भाग तक प्रवाहित होने के दौरान स्पष्ट रूप से कुछ गैस नष्ट हो जाती है, और 200 मिमी वेफर का क्षेत्रफल 150 मिमी वेफर से बड़ा होता है। 200 मिमी वेफर की सतह से गैस अधिक दूरी तक प्रवाहित होती है, और इस प्रक्रिया में स्रोत गैस की खपत भी अधिक होती है। वेफर के निरंतर घूर्णन की स्थिति में, एपिटैक्सियल परत की कुल मोटाई कम होती है, जिससे वृद्धि दर धीमी हो जाती है। कुल मिलाकर, 150 मिमी और 200 मिमी एपिटैक्सियल वेफर्स की मोटाई में एकरूपता उत्कृष्ट है, और उपकरण की प्रक्रिया क्षमता उच्च गुणवत्ता वाले उपकरणों की आवश्यकताओं को पूरा कर सकती है।
2.2 एपिटैक्सियल परत में डोपिंग सांद्रता और एकरूपता
चित्र 4 में 150 मिमी और 200 मिमी के डोपिंग सांद्रण की एकरूपता और वक्र वितरण दर्शाया गया है।SiC एपिटैक्सियल वेफर्सजैसा कि चित्र से देखा जा सकता है, एपिटैक्सियल वेफर पर सांद्रता वितरण वक्र वेफर के केंद्र के सापेक्ष स्पष्ट समरूपता दर्शाता है। 150 मिमी और 200 मिमी एपिटैक्सियल परतों की डोपिंग सांद्रता एकरूपता क्रमशः 2.80% और 2.66% है, जिसे 3% के भीतर नियंत्रित किया जा सकता है, जो समान अंतरराष्ट्रीय उपकरणों के लिए एक उत्कृष्ट स्तर है। एपिटैक्सियल परत का डोपिंग सांद्रता वक्र व्यास की दिशा में "W" आकार में वितरित होता है, जो मुख्य रूप से क्षैतिज गर्म दीवार एपिटैक्सियल भट्टी के प्रवाह क्षेत्र द्वारा निर्धारित होता है, क्योंकि क्षैतिज वायु प्रवाह एपिटैक्सियल वृद्धि भट्टी की वायु प्रवाह दिशा वायु प्रवेश छोर (ऊपर की ओर) से होती है और नीचे की ओर से वेफर सतह के माध्यम से एक स्तरित तरीके से बाहर निकलती है। क्योंकि कार्बन स्रोत (C2H4) की "मार्ग-वार क्षीणता" दर सिलिकॉन स्रोत (TCS) की तुलना में अधिक होती है, इसलिए जब वेफर घूमता है, तो वेफर की सतह पर वास्तविक C/Si अनुपात किनारे से केंद्र की ओर धीरे-धीरे कम हो जाता है (केंद्र में कार्बन स्रोत कम होता है)। C और N के "प्रतिस्पर्धी स्थिति सिद्धांत" के अनुसार, वेफर के केंद्र में डोपिंग सांद्रता किनारे की ओर धीरे-धीरे कम हो जाती है। उत्कृष्ट सांद्रता एकरूपता प्राप्त करने के लिए, एपिटैक्सियल प्रक्रिया के दौरान किनारे पर N2 को क्षतिपूर्ति के रूप में जोड़ा जाता है ताकि केंद्र से किनारे की ओर डोपिंग सांद्रता में कमी को धीमा किया जा सके, जिससे अंतिम डोपिंग सांद्रता वक्र "W" आकार का हो जाता है।
2.3 एपिटैक्सियल परत दोष
मोटाई और डोपिंग सांद्रता के अलावा, एपिटैक्सियल परत दोष नियंत्रण का स्तर भी एपिटैक्सियल वेफर्स की गुणवत्ता मापने का एक प्रमुख पैरामीटर है और एपिटैक्सियल उपकरण की प्रक्रिया क्षमता का एक महत्वपूर्ण संकेतक है। हालांकि एसबीडी और एमओएसएफईटी में दोषों के लिए अलग-अलग आवश्यकताएं होती हैं, लेकिन ड्रॉप डिफेक्ट, ट्रायंगल डिफेक्ट, कैरेट डिफेक्ट, कॉमेट डिफेक्ट आदि जैसे अधिक स्पष्ट सतह आकारिकी दोषों को एसबीडी और एमओएसएफईटी उपकरणों के किलर डिफेक्ट के रूप में परिभाषित किया जाता है। इन दोषों वाले चिप्स के विफल होने की संभावना अधिक होती है, इसलिए चिप उत्पादन बढ़ाने और लागत कम करने के लिए किलर डिफेक्ट की संख्या को नियंत्रित करना अत्यंत महत्वपूर्ण है। चित्र 5 में 150 मिमी और 200 मिमी SiC एपिटैक्सियल वेफर्स के किलर डिफेक्ट का वितरण दिखाया गया है। C/Si अनुपात में कोई स्पष्ट असंतुलन न होने की स्थिति में, कैरेट डिफेक्ट और कॉमेट डिफेक्ट को मूल रूप से समाप्त किया जा सकता है, जबकि ड्रॉप डिफेक्ट और ट्रायंगल डिफेक्ट एपिटैक्सियल उपकरण के संचालन के दौरान स्वच्छता नियंत्रण, प्रतिक्रिया कक्ष में ग्रेफाइट भागों के अशुद्धता स्तर और सब्सट्रेट की गुणवत्ता से संबंधित हैं। तालिका 2 से यह देखा जा सकता है कि 150 मिमी और 200 मिमी एपिटैक्सियल वेफर्स की घातक दोष घनत्व को 0.3 कण/सेमी² के भीतर नियंत्रित किया जा सकता है, जो समान प्रकार के उपकरणों के लिए एक उत्कृष्ट स्तर है। 150 मिमी एपिटैक्सियल वेफर का घातक दोष घनत्व नियंत्रण स्तर 200 मिमी एपिटैक्सियल वेफर की तुलना में बेहतर है। इसका कारण यह है कि 150 मिमी की सब्सट्रेट तैयारी प्रक्रिया 200 मिमी की तुलना में अधिक परिपक्व है, सब्सट्रेट की गुणवत्ता बेहतर है, और 150 मिमी ग्रेफाइट प्रतिक्रिया कक्ष का अशुद्धता नियंत्रण स्तर बेहतर है।
2.4 एपिटैक्सियल वेफर सतह की खुरदरापन
चित्र 6 में 150 मिमी और 200 मिमी SiC एपिटैक्सियल वेफर्स की सतह की AFM छवियां दिखाई गई हैं। चित्र से स्पष्ट है कि 150 मिमी और 200 मिमी एपिटैक्सियल वेफर्स की सतह का रूट मीन स्क्वायर रफनेस Ra क्रमशः 0.129 nm और 0.113 nm है, और एपिटैक्सियल परत की सतह चिकनी है, जिसमें कोई स्पष्ट मैक्रो-स्टेप एग्रीगेशन घटना नहीं है। यह घटना दर्शाती है कि एपिटैक्सियल परत की वृद्धि पूरी एपिटैक्सियल प्रक्रिया के दौरान हमेशा स्टेप फ्लो ग्रोथ मोड को बनाए रखती है, और कोई स्टेप एग्रीगेशन नहीं होता है। यह देखा जा सकता है कि अनुकूलित एपिटैक्सियल वृद्धि प्रक्रिया का उपयोग करके, 150 मिमी और 200 मिमी लो-एंगल सबस्ट्रेट्स पर चिकनी एपिटैक्सियल परतें प्राप्त की जा सकती हैं।
3 निष्कर्ष
स्वदेशी रूप से विकसित 200 मिमी SiC एपिटैक्सियल ग्रोथ उपकरण का उपयोग करके घरेलू सब्सट्रेट पर 150 मिमी और 200 मिमी 4H-SiC समरूप एपिटैक्सियल वेफर्स को सफलतापूर्वक तैयार किया गया, और 150 मिमी और 200 मिमी के लिए उपयुक्त समरूप एपिटैक्सियल प्रक्रिया विकसित की गई। एपिटैक्सियल ग्रोथ दर 60 μm/घंटा से अधिक हो सकती है। उच्च गति एपिटैक्सी की आवश्यकता को पूरा करते हुए, एपिटैक्सियल वेफर की गुणवत्ता उत्कृष्ट है। 150 मिमी और 200 मिमी SiC एपिटैक्सियल वेफर्स की मोटाई की एकरूपता 1.5% के भीतर नियंत्रित की जा सकती है, सांद्रता की एकरूपता 3% से कम है, घातक दोष घनत्व 0.3 कण/सेमी² से कम है, और एपिटैक्सियल सतह की खुरदरापन का रूट मीन स्क्वायर Ra 0.15 nm से कम है। एपिटैक्सियल वेफर्स के कोर प्रक्रिया संकेतक उद्योग में उन्नत स्तर पर हैं।
स्रोत: इलेक्ट्रॉनिक उद्योग विशेष उपकरण
लेखक: ज़ी तियानले, ली पिंग, यांग यू, गोंग ज़ियाओलियांग, बा साई, चेन गुओकिन, वान शेंगकियांग
(चीन इलेक्ट्रॉनिक्स प्रौद्योगिकी समूह निगम का 48वां अनुसंधान संस्थान, चांग्शा, हुनान 410111)
पोस्ट करने का समय: 04 सितंबर 2024