2. Hasil eksperimen dan pembahasan
2.1Lapisan epitaksialketebalan dan keseragaman
Ketebalan lapisan epitaksial, konsentrasi doping, dan keseragaman merupakan salah satu indikator utama untuk menilai kualitas wafer epitaksial. Ketebalan, konsentrasi doping, dan keseragaman yang dapat dikontrol secara akurat di dalam wafer adalah kunci untuk memastikan kinerja dan konsistensiPerangkat daya SiCSelain itu, ketebalan lapisan epitaksial dan keseragaman konsentrasi doping juga merupakan dasar penting untuk mengukur kemampuan proses peralatan epitaksial.
Gambar 3 menunjukkan kurva keseragaman dan distribusi ketebalan 150 mm dan 200 mm.wafer epitaksial SiCDari gambar terlihat bahwa kurva distribusi ketebalan lapisan epitaksial simetris terhadap titik tengah wafer. Waktu proses epitaksial adalah 600 detik, ketebalan lapisan epitaksial rata-rata wafer epitaksial 150 mm adalah 10,89 µm, dan keseragaman ketebalannya adalah 1,05%. Berdasarkan perhitungan, laju pertumbuhan epitaksial adalah 65,3 µm/jam, yang merupakan tingkat proses epitaksial cepat yang khas. Dengan waktu proses epitaksial yang sama, ketebalan lapisan epitaksial wafer epitaksial 200 mm adalah 10,10 µm, keseragaman ketebalannya berada dalam 1,36%, dan laju pertumbuhan keseluruhan adalah 60,60 µm/jam, yang sedikit lebih rendah daripada laju pertumbuhan epitaksial 150 mm. Hal ini karena terdapat kehilangan yang jelas di sepanjang jalan ketika sumber silikon dan sumber karbon mengalir dari hulu ruang reaksi melalui permukaan wafer ke hilir ruang reaksi, dan area wafer 200 mm lebih besar daripada 150 mm. Gas mengalir melalui permukaan wafer 200 mm untuk jarak yang lebih jauh, dan gas sumber yang dikonsumsi di sepanjang jalan lebih banyak. Dalam kondisi wafer terus berputar, ketebalan keseluruhan lapisan epitaksial lebih tipis, sehingga laju pertumbuhan lebih lambat. Secara keseluruhan, keseragaman ketebalan wafer epitaksial 150 mm dan 200 mm sangat baik, dan kemampuan proses peralatan dapat memenuhi persyaratan perangkat berkualitas tinggi.
2.2 Konsentrasi dan keseragaman doping lapisan epitaksial
Gambar 4 menunjukkan keseragaman konsentrasi doping dan distribusi kurva pada 150 mm dan 200 mm.wafer epitaksial SiCSeperti yang terlihat pada gambar, kurva distribusi konsentrasi pada wafer epitaksial memiliki simetri yang jelas relatif terhadap pusat wafer. Keseragaman konsentrasi doping lapisan epitaksial 150 mm dan 200 mm masing-masing adalah 2,80% dan 2,66%, yang dapat dikontrol dalam batas 3%, yang merupakan tingkat yang sangat baik untuk peralatan internasional serupa. Kurva konsentrasi doping lapisan epitaksial terdistribusi dalam bentuk "W" sepanjang arah diameter, yang terutama ditentukan oleh medan aliran tungku epitaksial dinding panas horizontal, karena arah aliran udara tungku pertumbuhan epitaksial aliran udara horizontal berasal dari ujung masuk udara (hulu) dan mengalir keluar dari ujung hilir secara laminar melalui permukaan wafer; Karena laju "penipisan sepanjang proses" sumber karbon (C2H4) lebih tinggi daripada sumber silikon (TCS), ketika wafer berputar, rasio C/Si aktual pada permukaan wafer secara bertahap menurun dari tepi ke tengah (sumber karbon di tengah lebih sedikit). Menurut "teori posisi kompetitif" C dan N, konsentrasi doping di tengah wafer secara bertahap menurun ke arah tepi. Untuk mendapatkan keseragaman konsentrasi yang sangat baik, N2 di tepi ditambahkan sebagai kompensasi selama proses epitaksi untuk memperlambat penurunan konsentrasi doping dari tengah ke tepi, sehingga kurva konsentrasi doping akhir menunjukkan bentuk "W".
2.3 Cacat lapisan epitaksial
Selain ketebalan dan konsentrasi doping, tingkat pengendalian cacat lapisan epitaksial juga merupakan parameter inti untuk mengukur kualitas wafer epitaksial dan indikator penting dari kemampuan proses peralatan epitaksial. Meskipun SBD dan MOSFET memiliki persyaratan yang berbeda untuk cacat, cacat morfologi permukaan yang lebih jelas seperti cacat tetesan, cacat segitiga, cacat wortel, cacat komet, dll., didefinisikan sebagai cacat utama (killer defects) pada perangkat SBD dan MOSFET. Probabilitas kegagalan chip yang mengandung cacat ini tinggi, sehingga mengendalikan jumlah cacat utama sangat penting untuk meningkatkan hasil produksi chip dan mengurangi biaya. Gambar 5 menunjukkan distribusi cacat utama pada wafer epitaksial SiC 150 mm dan 200 mm. Dalam kondisi tidak ada ketidakseimbangan yang jelas dalam rasio C/Si, cacat wortel dan cacat komet pada dasarnya dapat dihilangkan, sedangkan cacat tetesan dan cacat segitiga berkaitan dengan pengendalian kebersihan selama pengoperasian peralatan epitaksial, tingkat pengotor bagian grafit di ruang reaksi, dan kualitas substrat. Dari Tabel 2, dapat dilihat bahwa kepadatan cacat fatal pada wafer epitaksial 150 mm dan 200 mm dapat dikendalikan dalam batas 0,3 partikel/cm2, yang merupakan tingkat yang sangat baik untuk jenis peralatan yang sama. Tingkat pengendalian kepadatan cacat fatal pada wafer epitaksial 150 mm lebih baik daripada wafer epitaksial 200 mm. Hal ini karena proses persiapan substrat 150 mm lebih matang daripada 200 mm, kualitas substrat lebih baik, dan tingkat pengendalian pengotor pada ruang reaksi grafit 150 mm lebih baik.
2.4 Kekasaran permukaan wafer epitaksial
Gambar 6 menunjukkan citra AFM dari permukaan wafer epitaksial SiC 150 mm dan 200 mm. Dapat dilihat dari gambar bahwa kekasaran permukaan rata-rata kuadrat (Ra) dari wafer epitaksial 150 mm dan 200 mm masing-masing adalah 0,129 nm dan 0,113 nm, dan permukaan lapisan epitaksial halus tanpa fenomena agregasi makro-langkah yang jelas. Fenomena ini menunjukkan bahwa pertumbuhan lapisan epitaksial selalu mempertahankan mode pertumbuhan aliran langkah selama seluruh proses epitaksial, dan tidak terjadi agregasi langkah. Dapat dilihat bahwa dengan menggunakan proses pertumbuhan epitaksial yang dioptimalkan, lapisan epitaksial yang halus dapat diperoleh pada substrat sudut rendah 150 mm dan 200 mm.
3 Kesimpulan
Wafer epitaksial homogen 4H-SiC berukuran 150 mm dan 200 mm berhasil dibuat pada substrat dalam negeri menggunakan peralatan pertumbuhan epitaksial SiC 200 mm yang dikembangkan sendiri, dan proses epitaksial homogen yang sesuai untuk ukuran 150 mm dan 200 mm telah dikembangkan. Laju pertumbuhan epitaksial dapat lebih dari 60 μm/jam. Sembari memenuhi persyaratan epitaksi kecepatan tinggi, kualitas wafer epitaksial sangat baik. Keseragaman ketebalan wafer epitaksial SiC 150 mm dan 200 mm dapat dikontrol dalam batas 1,5%, keseragaman konsentrasi kurang dari 3%, kepadatan cacat fatal kurang dari 0,3 partikel/cm2, dan kekasaran permukaan epitaksial rata-rata kuadrat Ra kurang dari 0,15 nm. Indikator proses inti wafer epitaksial berada pada tingkat yang maju di industri ini.
Sumber: Peralatan Khusus Industri Elektronik
Penulis: Xie Tianle, Li Ping, Yang Yu, Gong Xiaoliang, Ba Sai, Chen Guoqin, Wan Shengqiang
(Institut Penelitian ke-48 dari China Electronics Technology Group Corporation, Changsha, Hunan 410111)
Waktu posting: 04-Sep-2024