2 Փորձարարական արդյունքներ և քննարկում
2.1Էպիտաքսիալ շերտհաստությունը և միատարրությունը
Էպիտաքսիալ շերտի հաստությունը, խառնուրդի կոնցենտրացիան և միատարրությունը էպիտաքսիալ վաֆլիների որակը գնահատելու հիմնական ցուցանիշներից մեկն են: Վաֆլի ներսում ճշգրիտ կառավարելի հաստությունը, խառնուրդի կոնցենտրացիան և միատարրությունը հիմնական գործոններն են՝ ապահովելու համար դրանց արդյունավետությունը և հետևողականությունը:SiC սնուցման սարքեր, և էպիտաքսիալ շերտի հաստությունը և խառնուրդի կոնցենտրացիայի միատարրությունը նույնպես կարևոր հիմքեր են էպիտաքսիալ սարքավորումների գործընթացային կարողությունը չափելու համար։
Նկար 3-ը ցույց է տալիս 150 մմ և 200 մմ հաստության միատարրության և բաշխման կորը։SiC էպիտաքսիալ վաֆլերներՆկարից երևում է, որ էպիտաքսիալ շերտի հաստության բաշխման կորը սիմետրիկ է վաֆլիի կենտրոնական կետի նկատմամբ։ Էպիտաքսիալ մշակման ժամանակը 600 վրկ է, 150 մմ էպիտաքսիալ վաֆլիի միջին էպիտաքսիալ շերտի հաստությունը 10.89 մկմ է, իսկ հաստության միատարրությունը՝ 1.05%։ Հաշվարկի համաձայն, էպիտաքսիալ աճի տեմպը կազմում է 65.3 մկմ/ժ, որը էպիտաքսիալ գործընթացի տիպիկ արագ մակարդակ է։ Նույն էպիտաքսիալ մշակման ժամանակի դեպքում 200 մմ էպիտաքսիալ վաֆլիի էպիտաքսիալ շերտի հաստությունը կազմում է 10.10 մկմ, հաստության միատարրությունը 1.36%-ի սահմաններում է, իսկ ընդհանուր աճի տեմպը կազմում է 60.60 մկմ/ժ, որը մի փոքր ցածր է 150 մմ էպիտաքսիալ աճի տեմպից։ Սա պայմանավորված է նրանով, որ սիլիցիումի և ածխածնի աղբյուրները ռեակցիայի խցիկի վերևից վաֆլիի մակերեսով դեպի ռեակցիայի խցիկի ներքևի հատվածը հոսելիս ակնհայտ կորուստներ են լինում, և 200 մմ վաֆլիի մակերեսը մեծ է 150 մմ-ից։ Գազը 200 մմ վաֆլիի մակերեսով ավելի երկար է հոսում, և ճանապարհին սպառվող աղբյուրի գազն ավելի շատ է։ Վաֆլի անընդհատ պտտվելու դեպքում էպիտաքսիալ շերտի ընդհանուր հաստությունը ավելի բարակ է, ուստի աճի տեմպը ավելի դանդաղ է։ Ընդհանուր առմամբ, 150 մմ և 200 մմ էպիտաքսիալ վաֆլիների հաստության միատարրությունը գերազանց է, և սարքավորումների տեխնոլոգիական հնարավորությունները կարող են բավարարել բարձրորակ սարքերի պահանջները։
2.2 Էպիտաքսիալ շերտի խառնուրդի կոնցենտրացիան և միատարրությունը
Նկար 4-ը ցույց է տալիս 150 մմ և 200 մմ խառնուրդի կոնցենտրացիայի միատարրությունը և կորի բաշխումը։SiC էպիտաքսիալ վաֆլերներԻնչպես երևում է նկարից, էպիտաքսիալ վաֆլիի վրա կոնցենտրացիայի բաշխման կորը ակնհայտ համաչափություն ունի վաֆլիի կենտրոնի նկատմամբ: 150 մմ և 200 մմ էպիտաքսիալ շերտերի խառնուրդի կոնցենտրացիայի միատարրությունը համապատասխանաբար կազմում է 2.80% և 2.66%, որը կարելի է վերահսկել 3%-ի սահմաններում, ինչը գերազանց մակարդակ է նմանատիպ միջազգային սարքավորումների համար: Էպիտաքսիալ շերտի խառնուրդի կոնցենտրացիայի կորը բաշխված է «W» ձևով տրամագծի ուղղությամբ, որը հիմնականում որոշվում է հորիզոնական տաք պատերով էպիտաքսիալ վառարանի հոսքի դաշտով, քանի որ հորիզոնական օդի հոսքի էպիտաքսիալ աճեցման վառարանի օդի հոսքի ուղղությունը օդի մուտքի ծայրից է (վերև հոսանք) և դուրս է հոսում ներքևի ծայրից շերտավոր ձևով վաֆլիի մակերեսով։ Քանի որ ածխածնի աղբյուրի (C2H4) «ճանապարհին սպառման» արագությունը ավելի բարձր է, քան սիլիցիումային աղբյուրինը (TCS), երբ վաֆլի պտտվում է, վաֆլիի մակերեսին իրական C/Si հարաբերակցությունը աստիճանաբար նվազում է եզրից դեպի կենտրոն (կենտրոնում գտնվող ածխածնի աղբյուրը ավելի քիչ է), համաձայն C-ի և N-ի «մրցակցային դիրքի տեսության», վաֆլիի կենտրոնում գտնվող դոպինգի կոնցենտրացիան աստիճանաբար նվազում է դեպի եզրը, գերազանց կոնցենտրացիայի միատարրություն ստանալու համար էպիտաքսիալ գործընթացի ընթացքում որպես փոխհատուցում ավելացվում է N2 եզրը՝ կենտրոնից դեպի եզր դոպինգի կոնցենտրացիայի նվազումը դանդաղեցնելու համար, որպեսզի վերջնական դոպինգի կոնցենտրացիայի կորը ներկայացնի «W» ձև։
2.3 Էպիտաքսիալ շերտի թերություններ
Բացի հաստությունից և խառնուրդի կոնցենտրացիայից, էպիտաքսիալ շերտի արատների վերահսկման մակարդակը նույնպես էպիտաքսիալ վաֆլիների որակը չափելու հիմնական պարամետր է և էպիտաքսիալ սարքավորումների գործընթացային կարողությունների կարևոր ցուցանիշ: Չնայած SBD-ն և MOSFET-ն ունեն տարբեր պահանջներ արատների համար, մակերեսի ավելի ակնհայտ ձևաբանության արատները, ինչպիսիք են կաթիլային արատները, եռանկյունային արատները, գազարի արատները, գիսաստղի արատները և այլն, սահմանվում են որպես SBD և MOSFET սարքերի սպանող արատներ: Այս արատները պարունակող չիպերի խափանման հավանականությունը բարձր է, ուստի սպանող արատների քանակի վերահսկումը չափազանց կարևոր է չիպի արտադրողականության բարելավման և ծախսերի կրճատման համար: Նկար 5-ը ցույց է տալիս 150 մմ և 200 մմ SiC էպիտաքսիալ վաֆլի սպանող արատների բաշխումը: Այն պայմանով, որ C/Si հարաբերակցության մեջ ակնհայտ անհավասարակշռություն չկա, գազարի արատները և գիսաստղի արատները կարող են հիմնականում վերացվել, մինչդեռ կաթիլային արատները և եռանկյունային արատները կապված են էպիտաքսիալ սարքավորումների շահագործման ընթացքում մաքրության վերահսկման, ռեակցիայի խցիկում գրաֆիտային մասերի խառնուրդների մակարդակի և հիմքի որակի հետ: Աղյուսակ 2-ից երևում է, որ 150 մմ և 200 մմ էպիտաքսիալ վաֆլիների մահացու արատի խտությունը կարելի է վերահսկել 0.3 մասնիկ/սմ2 սահմաններում, ինչը գերազանց մակարդակ է նույն տեսակի սարքավորումների համար: 150 մմ էպիտաքսիալ վաֆլիի մահացու արատի խտության կառավարման մակարդակը ավելի լավն է, քան 200 մմ էպիտաքսիալ վաֆլիինը: Դա պայմանավորված է նրանով, որ 150 մմ հիմքի պատրաստման գործընթացն ավելի հասուն է, քան 200 մմ-ինը, հիմքի որակն ավելի լավն է, և 150 մմ գրաֆիտային ռեակցիայի խցիկի խառնուրդների կառավարման մակարդակը ավելի լավն է:
2.4 Էպիտաքսիալ վաֆլիի մակերեսի կոպտություն
Նկար 6-ը ցույց է տալիս 150 մմ և 200 մմ SiC էպիտաքսիալ վաֆլիների մակերևույթի AFM պատկերները: Նկարից երևում է, որ 150 մմ և 200 մմ էպիտաքսիալ վաֆլիների մակերևույթի միջին քառակուսի կոպտության Ra-ն համապատասխանաբար 0.129 նմ և 0.113 նմ է, և էպիտաքսիալ շերտի մակերևույթը հարթ է առանց ակնհայտ մակրո-քայլային ագրեգացման երևույթի: Այս երևույթը ցույց է տալիս, որ էպիտաքսիալ շերտի աճը միշտ պահպանում է քայլային հոսքի աճի ռեժիմը ամբողջ էպիտաքսիալ գործընթացի ընթացքում, և քայլային ագրեգացիա տեղի չի ունենում: Կարելի է տեսնել, որ օպտիմիզացված էպիտաքսիալ աճի գործընթացը կիրառելով՝ հարթ էպիտաքսիալ շերտեր կարելի է ստանալ 150 մմ և 200 մմ ցածր անկյան տակ գտնվող հիմքերի վրա:
3 Եզրակացություն
150 մմ և 200 մմ 4H-SiC համասեռ էպիտաքսիալ վաֆլիները հաջողությամբ պատրաստվել են կենցաղային հիմքերի վրա՝ օգտագործելով ինքնուրույն մշակված 200 մմ SiC էպիտաքսիալ աճեցման սարքավորումները, և մշակվել է 150 մմ և 200 մմ-ի համար հարմար համասեռ էպիտաքսիալ գործընթաց: Էպիտաքսիալ աճի արագությունը կարող է լինել ավելի քան 60 մկմ/ժ: Բարձր արագությամբ էպիտաքսիալ պահանջը բավարարելուն զուգընթաց, էպիտաքսիալ վաֆլիի որակը գերազանց է: 150 մմ և 200 մմ SiC էպիտաքսիալ վաֆլիների հաստության միատարրությունը կարելի է վերահսկել 1.5%-ի սահմաններում, կոնցենտրացիայի միատարրությունը՝ 3%-ից պակաս, մահացու արատների խտությունը՝ 0.3 մասնիկ/սմ2-ից պակաս, իսկ էպիտաքսիալ մակերեսի կոպտության միջին քառակուսի Ra-ն՝ 0.15 նմ-ից պակաս: Էպիտաքսիալ վաֆլիների հիմնական գործընթացի ցուցանիշները գտնվում են արդյունաբերության մեջ առաջադեմ մակարդակի վրա:
Աղբյուր՝ Էլեկտրոնային արդյունաբերության հատուկ սարքավորումներ
Հեղինակ՝ Սի Տյանլե, Լի Պինգ, Յան Յու, Գոնգ Սյաոլյան, Բա Սայ, Չեն Գուոկին, Վան Շենգցյան
(Չինաստանի էլեկտրոնիկայի տեխնոլոգիաների խմբի կորպորացիայի 48-րդ հետազոտական ինստիտուտ, Չանշա, Հունան 410111)
Հրապարակման ժամանակը. Սեպտեմբեր-04-2024