2 Eksperimentalni rezultati i rasprava
2.1Epitaksijalni slojdebljina i ujednačenost
Debljina epitaksijalnog sloja, koncentracija dopiranja i ujednačenost jedni su od ključnih pokazatelja za procjenu kvalitete epitaksijalnih pločica. Precizno kontrolirana debljina, koncentracija dopiranja i ujednačenost unutar pločice ključne su za osiguranje performansi i konzistentnostiSiC uređaji za napajanje, a debljina epitaksijalnog sloja i ujednačenost koncentracije dopiranja također su važne osnove za mjerenje procesnih mogućnosti epitaksijalne opreme.
Slika 3 prikazuje krivulju ujednačenosti i raspodjele debljine od 150 mm i 200 mmSiC epitaksijalne pločiceIz slike se vidi da je krivulja raspodjele debljine epitaksijalnog sloja simetrična oko središnje točke pločice. Vrijeme epitaksijalnog procesa je 600 s, prosječna debljina epitaksijalnog sloja epitaksijalne pločice od 150 mm je 10,89 µm, a ujednačenost debljine je 1,05%. Izračunom je utvrđena brzina epitaksijalnog rasta od 65,3 µm/h, što je tipična razina brzog epitaksijalnog procesa. Pri istom vremenu epitaksijalnog procesa, debljina epitaksijalnog sloja epitaksijalne pločice od 200 mm je 10,10 µm, ujednačenost debljine je unutar 1,36%, a ukupna brzina rasta je 60,60 µm/h, što je nešto niže od brzine epitaksijalnog rasta epitaksijalne pločice od 150 mm. To je zato što postoji očiti gubitak na putu kada izvor silicija i izvor ugljika teku od uzvodno od reakcijske komore kroz površinu pločice do nizvodno od reakcijske komore, a površina pločice od 200 mm je veća od 150 mm. Plin teče kroz površinu pločice od 200 mm na većoj udaljenosti, a potrošnja izvornog plina na putu je veća. Pod uvjetom da se pločica stalno okreće, ukupna debljina epitaksijalnog sloja je tanja, pa je brzina rasta sporija. Sveukupno, ujednačenost debljine epitaksijalnih pločica od 150 mm i 200 mm je izvrsna, a procesni kapacitet opreme može zadovoljiti zahtjeve visokokvalitetnih uređaja.
2.2 Koncentracija i ujednačenost dopiranja epitaksijalnog sloja
Slika 4 prikazuje ujednačenost koncentracije dopiranja i raspodjelu krivulje od 150 mm i 200 mmSiC epitaksijalne pločiceKao što se može vidjeti na slici, krivulja raspodjele koncentracije na epitaksijalnoj pločici ima očitu simetriju u odnosu na središte pločice. Ujednačenost koncentracije dopiranja epitaksijalnih slojeva od 150 mm i 200 mm iznosi 2,80% odnosno 2,66%, što se može kontrolirati unutar 3%, što je izvrsna razina za sličnu međunarodnu opremu. Krivulja koncentracije dopiranja epitaksijalnog sloja raspoređena je u obliku slova "W" duž smjera promjera, koji je uglavnom određen poljem strujanja horizontalne epitaksijalne peći s vrućom stijenkom, jer smjer strujanja zraka horizontalne epitaksijalne peći za rast zraka ide od kraja za ulaz zraka (uzvodno) i struji od nizvodnog kraja na laminaran način kroz površinu pločice; Budući da je brzina "usputnog iscrpljivanja" izvora ugljika (C2H4) veća od brzine silicijevog izvora (TCS), kada se pločica okreće, stvarni omjer C/Si na površini pločice postupno se smanjuje od ruba prema središtu (izvor ugljika u središtu je manji), prema "teoriji konkurentskog položaja" C i N, koncentracija dopiranja u središtu pločice postupno se smanjuje prema rubu. Kako bi se postigla izvrsna ujednačenost koncentracije, rubni N2 se dodaje kao kompenzacija tijekom epitaksijalnog procesa kako bi se usporilo smanjenje koncentracije dopiranja od središta prema rubu, tako da konačna krivulja koncentracije dopiranja ima oblik slova "W".
2.3 Defekti epitaksijalnog sloja
Osim debljine i koncentracije dopiranja, razina kontrole defekata epitaksijalnog sloja također je ključni parametar za mjerenje kvalitete epitaksijalnih pločica i važan pokazatelj procesnih mogućnosti epitaksijalne opreme. Iako SBD i MOSFET imaju različite zahtjeve za defekte, očitiji defekti površinske morfologije poput kapljičnih defekata, trokutastih defekata, mrkvičnih defekata, kometa itd. definirani su kao ubojni defekti SBD i MOSFET uređaja. Vjerojatnost kvara čipova koji sadrže ove defekte je visoka, stoga je kontrola broja ubojnih defekata izuzetno važna za poboljšanje prinosa čipa i smanjenje troškova. Slika 5 prikazuje raspodjelu ubojnih defekata SiC epitaksijalnih pločica od 150 mm i 200 mm. Pod uvjetom da nema očite neravnoteže u omjeru C/Si, mrkvični i kometni defekti mogu se u osnovi eliminirati, dok su kapljični i trokutasti defekti povezani s kontrolom čistoće tijekom rada epitaksijalne opreme, razinom nečistoća grafitnih dijelova u reakcijskoj komori i kvalitetom podloge. Iz Tablice 2 može se vidjeti da se gustoća smrtonosnih defekata epitaksijalnih pločica od 150 mm i 200 mm može kontrolirati unutar 0,3 čestice/cm2, što je izvrsna razina za istu vrstu opreme. Razina kontrole gustoće smrtonosnih defekata epitaksijalne pločice od 150 mm bolja je od one epitaksijalne pločice od 200 mm. To je zato što je proces pripreme podloge od 150 mm zreliji od onog od 200 mm, kvaliteta podloge je bolja, a razina kontrole nečistoća u reakcijskoj komori grafita od 150 mm je bolja.
2.4 Hrapavost površine epitaksijalne pločice
Slika 6 prikazuje AFM slike površine SiC epitaksijalnih pločica od 150 mm i 200 mm. Iz slike se može vidjeti da je srednja kvadratna hrapavost površine Ra epitaksijalnih pločica od 150 mm i 200 mm 0,129 nm odnosno 0,113 nm, a površina epitaksijalnog sloja je glatka bez očitog fenomena makro-korakaste agregacije. Ovaj fenomen pokazuje da rast epitaksijalnog sloja uvijek održava način rasta u koračnom toku tijekom cijelog epitaksijalnog procesa i da ne dolazi do korakaste agregacije. Može se vidjeti da se korištenjem optimiziranog epitaksijalnog procesa rasta mogu dobiti glatki epitaksijalni slojevi na podlogama pod malim kutom od 150 mm i 200 mm.
3 Zaključak
Homogene epitaksijalne pločice 4H-SiC od 150 mm i 200 mm uspješno su pripremljene na domaćim podlogama korištenjem vlastito razvijene opreme za epitaksijalni rast SiC od 200 mm, a razvijen je i homogeni epitaksijalni proces prikladan za 150 mm i 200 mm. Brzina epitaksijalnog rasta može biti veća od 60 μm/h. Uz zadovoljavanje zahtjeva za brzu epitaksiju, kvaliteta epitaksijalne pločice je izvrsna. Ujednačenost debljine epitaksijalnih pločica SiC od 150 mm i 200 mm može se kontrolirati unutar 1,5%, ujednačenost koncentracije je manja od 3%, gustoća fatalnih defekata je manja od 0,3 čestice/cm2, a srednja kvadratna vrijednost hrapavosti epitaksijalne površine Ra je manja od 0,15 nm. Ključni pokazatelji procesa epitaksijalnih pločica su na naprednoj razini u industriji.
Izvor: Specijalna oprema za elektroničku industriju
Autor: Xie Tianle, Li Ping, Yang Yu, Gong Xiaoliang, Ba Sai, Chen Guoqin, Wan Shengqiang
(48. istraživački institut korporacije China Electronics Technology Group, Changsha, Hunan 410111)
Vrijeme objave: 04.09.2024.