2 Kísérleti eredmények és megbeszélés
2.1Epitaxiális rétegvastagság és egyenletesség
Az epitaxiális réteg vastagsága, a doppingkoncentráció és az egyenletesség az epitaxiális ostyák minőségének megítélésének egyik fő mutatója. A pontosan szabályozható vastagság, a doppingkoncentráció és az ostyán belüli egyenletesség kulcsfontosságú a teljesítmény és az állandóság biztosításához.SiC tápegységek, valamint az epitaxiális rétegvastagság és a doppingkoncentráció egyenletessége szintén fontos alapok az epitaxiális berendezések folyamatképességének mérésére.
A 3. ábra a 150 mm-es és 200 mm-es vastagság egyenletességi és eloszlási görbéjét mutatja.SiC epitaxiális ostyákAz ábrából látható, hogy az epitaxiális rétegvastagság-eloszlás görbéje szimmetrikus a lapka középpontjára nézve. Az epitaxiális feldolgozási idő 600 másodperc, a 150 mm-es epitaxiális lapka átlagos epitaxiális rétegvastagsága 10,89 µm, a vastagság egyenletessége pedig 1,05%. Számítás szerint az epitaxiális növekedési sebesség 65,3 µm/h, ami egy tipikus gyors epitaxiális feldolgozási szint. Ugyanezen epitaxiális feldolgozási idő alatt a 200 mm-es epitaxiális lapka epitaxiális rétegvastagsága 10,10 µm, a vastagság egyenletessége 1,36%-on belül van, az össznövekedési sebesség pedig 60,60 µm/h, ami valamivel alacsonyabb, mint a 150 mm-es epitaxiális növekedési sebesség. Ez azért van, mert a szilíciumforrás és a szénforrás a reakciókamra felső áramlási irányából a ostya felületén keresztül a reakciókamra alsó áramlási irányába áramlik, és a 200 mm-es ostyafelület nagyobb, mint a 150 mm-es. A gáz hosszabb távolságot tesz meg a 200 mm-es ostya felületén, és az útközben elfogyasztott forrásgáz nagyobb. Abban a feltételben, hogy az ostya folyamatosan forog, az epitaxiális réteg teljes vastagsága vékonyabb, így a növekedési ütem lassabb. Összességében a 150 mm-es és 200 mm-es epitaxiális ostyák vastagságának egyenletessége kiváló, és a berendezés feldolgozási képessége megfelel a kiváló minőségű eszközök követelményeinek.
2.2 Epitaxiális réteg adalékolási koncentrációja és egyenletessége
A 4. ábra a 150 mm-es és 200 mm-es adalékkoncentráció egyenletességét és görbeeloszlását mutatja.SiC epitaxiális ostyákAmint az ábrán látható, az epitaxiális ostya koncentrációeloszlási görbéje egyértelműen szimmetrikus az ostya közepéhez képest. A 150 mm-es és 200 mm-es epitaxiális rétegek doppingkoncentráció-egyenletessége 2,80%, illetve 2,66%, ami 3%-on belül szabályozható, ami kiváló szint a hasonló nemzetközi berendezések esetében. Az epitaxiális réteg doppingkoncentráció-görbéje "W" alakban oszlik el az átmérő irányában, amelyet főként a vízszintes melegfalú epitaxiális kemence áramlási mezője határoz meg, mivel a vízszintes légáramlású epitaxiális növekedési kemence légáramlási iránya a levegő bemeneti végétől (felfelé) van, és az alsó végétől laminárisan áramlik ki az ostya felületén keresztül; Mivel a szénforrás (C2H4) „út menti kimerülési” sebessége magasabb, mint a szilíciumforrásé (TCS), amikor a lapka forog, a lapka felületén lévő tényleges C/Si mennyisége fokozatosan csökken a szélétől a középpont felé (a középpontban lévő szénforrás kevesebb), a C és N „versenyhelyzet-elmélete” szerint a lapka közepén lévő doppingkoncentráció fokozatosan csökken a széle felé, a kiváló koncentrációegyenletesség elérése érdekében az epitaxiális folyamat során kompenzációként N2 élt adnak hozzá, hogy lelassítsák a doppingkoncentráció csökkenését a középponttól a széléig, így a végső doppingkoncentrációs görbe „W” alakú.
2.3 Epitaxiális réteghibák
A vastagság és a doppingkoncentráció mellett az epitaxiális réteghibák szabályozásának szintje is alapvető paraméter az epitaxiális ostyák minőségének mérésére, és fontos mutatója az epitaxiális berendezések feldolgozási képességének. Bár az SBD és a MOSFET eltérő követelményeket támaszt a hibákkal szemben, a nyilvánvalóbb felületi morfológiai hibák, mint például a csepphibák, háromszöghibák, répahibák, üstököshibák stb. az SBD és MOSFET eszközök gyilkos hibáiként definiálhatók. Az ilyen hibákat tartalmazó chipek meghibásodásának valószínűsége magas, ezért a gyilkos hibák számának szabályozása rendkívül fontos a chiphozam javítása és a költségek csökkentése érdekében. Az 5. ábra a 150 mm-es és 200 mm-es SiC epitaxiális ostyák gyilkos hibáinak eloszlását mutatja. Feltéve, hogy a C/Si arányban nincs nyilvánvaló egyensúlyhiány, a répahibák és az üstököshibák alapvetően kiküszöbölhetők, míg a csepphibák és a háromszöghibák az epitaxiális berendezés működése során a tisztaság szabályozásával, a reakciókamrában lévő grafitos alkatrészek szennyeződési szintjével és az aljzat minőségével kapcsolatosak. A 2. táblázatból látható, hogy a 150 mm-es és 200 mm-es epitaxiális ostyák gyilkos hibasűrűsége 0,3 részecske/cm2-en belül szabályozható, ami kiváló szint az azonos típusú berendezések esetében. A 150 mm-es epitaxiális ostya végzetes hibasűrűség-szabályozási szintje jobb, mint a 200 mm-es epitaxiális ostyáé. Ez azért van, mert a 150 mm-es szubsztrát-előkészítési folyamat kiforrottabb, mint a 200 mm-esé, a szubsztrát minősége jobb, és a 150 mm-es grafit reakciókamra szennyeződés-szabályozási szintje jobb.
2.4 Epitaxiális ostyafelület érdessége
A 6. ábra 150 mm-es és 200 mm-es SiC epitaxiális ostyák felületének AFM képeit mutatja. Az ábrán látható, hogy a 150 mm-es és 200 mm-es epitaxiális ostyák felületi átlagos négyzetes érdessége (Ra) 0,129 nm, illetve 0,113 nm, és az epitaxiális réteg felülete sima, nyilvánvaló makrolépcsős aggregációs jelenség nélkül. Ez a jelenség azt mutatja, hogy az epitaxiális réteg növekedése a teljes epitaxiális folyamat során mindig lépcsőzetes növekedési módot tart fenn, és nem történik lépcsős aggregáció. Látható, hogy az optimalizált epitaxiális növekedési folyamat alkalmazásával sima epitaxiális rétegek érhetők el 150 mm-es és 200 mm-es kis szögű hordozókon.
3 Következtetés
A saját fejlesztésű 200 mm-es SiC epitaxiális növekedési berendezéssel sikeresen előállították a 150 mm-es és 200 mm-es 4H-SiC homogén epitaxiális ostyákat hazai hordozókon, és kifejlesztették a 150 mm-es és 200 mm-es vastagságokhoz alkalmas homogén epitaxiális eljárást. Az epitaxiális növekedési sebesség meghaladhatja a 60 μm/h-t. A nagysebességű epitaxiális követelmény teljesítése mellett az epitaxiális ostya minősége kiváló. A 150 mm-es és 200 mm-es SiC epitaxiális ostyák vastagságának egyenletessége 1,5%-on belül szabályozható, a koncentráció egyenletessége kevesebb, mint 3%, a halálos hibasűrűség kevesebb, mint 0,3 részecske/cm2, az epitaxiális felületi érdesség négyzetes középértéke (Ra) pedig kevesebb, mint 0,15 nm. Az epitaxiális ostyák alapvető folyamatmutatói az iparág élvonalába tartoznak.
Forrás: Elektronikai ipari speciális berendezések
Szerző: Xie Tianle, Li Ping, Yang Yu, Gong Xiaoliang, Ba Sai, Chen Guoqin, Wan Shengqiang
(48. Kínai Elektronikai Technológiai Csoport Vállalati Kutatóintézet, Csangsa, Hunan 410111)
Közzététel ideje: 2024. szeptember 4.