2 Asil eksperimen lan diskusi
2.1Lapisan epitaksialkekandelan lan keseragaman
Kekandelan lapisan epitaksial, konsentrasi doping, lan keseragaman minangka salah sawijining indikator inti kanggo ngadili kualitas wafer epitaksial. Kekandelan sing bisa dikontrol kanthi akurat, konsentrasi doping, lan keseragaman ing njero wafer minangka kunci kanggo njamin kinerja lan konsistensi.Piranti daya SiC, lan kekandelan lapisan epitaksial lan keseragaman konsentrasi doping uga minangka dhasar penting kanggo ngukur kemampuan proses peralatan epitaksial.
Gambar 3 nuduhake kurva keseragaman kekandelan lan distribusi 150 mm lan 200 mmWafer epitaksial SiCSaka gambar kasebut, kurva distribusi kekandelan lapisan epitaksial simetris ing sekitar titik tengah wafer. Wektu proses epitaksial yaiku 600 detik, kekandelan lapisan epitaksial rata-rata wafer epitaksial 150 mm yaiku 10,89 um, lan keseragaman kekandelan yaiku 1,05%. Kanthi itungan, tingkat pertumbuhan epitaksial yaiku 65,3 um/jam, sing minangka tingkat proses epitaksial cepet sing khas. Ing wektu proses epitaksial sing padha, kekandelan lapisan epitaksial wafer epitaksial 200 mm yaiku 10,10 um, keseragaman kekandelan ana ing 1,36%, lan tingkat pertumbuhan sakabèhé yaiku 60,60 um/jam, sing rada luwih murah tinimbang tingkat pertumbuhan epitaksial 150 mm. Iki amarga ana kerugian sing jelas ing sadawane dalan nalika sumber silikon lan sumber karbon mili saka hulu ruang reaksi liwat permukaan wafer menyang hilir ruang reaksi, lan area wafer 200 mm luwih gedhe tinimbang 150 mm. Gas mili liwat permukaan wafer 200 mm kanggo jarak sing luwih adoh, lan gas sumber sing dikonsumsi ing sadawane dalan luwih akeh. Ing kahanan wafer terus muter, kekandelan sakabèhé lapisan epitaksial luwih tipis, mula tingkat pertumbuhan luwih alon. Sakabèhé, keseragaman kekandelan wafer epitaksial 150 mm lan 200 mm apik banget, lan kemampuan proses peralatan kasebut bisa nyukupi syarat piranti sing berkualitas tinggi.
2.2 Konsentrasi lan keseragaman doping lapisan epitaksial
Gambar 4 nuduhake keseragaman konsentrasi doping lan distribusi kurva 150 mm lan 200 mmWafer epitaksial SiCKaya sing bisa dideleng saka gambar kasebut, kurva distribusi konsentrasi ing wafer epitaksial nduweni simetri sing jelas relatif marang tengah wafer. Keseragaman konsentrasi doping lapisan epitaksial 150 mm lan 200 mm yaiku 2,80% lan 2,66%, sing bisa dikontrol ing 3%, sing minangka level sing apik banget kanggo peralatan internasional sing padha. Kurva konsentrasi doping lapisan epitaksial disebarake kanthi bentuk "W" ing sadawane arah diameter, sing utamane ditemtokake dening medan aliran tungku epitaksial dinding panas horisontal, amarga arah aliran udara tungku pertumbuhan epitaksial aliran udara horisontal saka ujung inlet udara (hulu) lan mili metu saka ujung hilir kanthi cara laminar liwat permukaan wafer; Amarga tingkat "penipisan sadawane dalan" saka sumber karbon (C2H4) luwih dhuwur tinimbang sumber silikon (TCS), nalika wafer muter, C/Si sing nyata ing permukaan wafer mboko sithik mudhun saka pinggir menyang tengah (sumber karbon ing tengah luwih sithik), miturut "teori posisi kompetitif" C lan N, konsentrasi doping ing tengah wafer mboko sithik mudhun menyang pinggir, kanggo entuk keseragaman konsentrasi sing apik banget, pinggiran N2 ditambahake minangka kompensasi sajrone proses epitaksial kanggo ngalangi penurunan konsentrasi doping saka tengah menyang pinggir, supaya kurva konsentrasi doping pungkasan nuduhake bentuk "W".
2.3 Cacat lapisan epitaksial
Saliyané kekandelan lan konsentrasi doping, tingkat kontrol cacat lapisan epitaksial uga minangka parameter inti kanggo ngukur kualitas wafer epitaksial lan indikator penting kemampuan proses peralatan epitaksial. Sanajan SBD lan MOSFET duwé syarat sing béda kanggo cacat, cacat morfologi permukaan sing luwih jelas kayata cacat gulung, cacat segitiga, cacat wortel, cacat komet, lan liya-liyané ditegesaké minangka cacat pembunuh piranti SBD lan MOSFET. Kemungkinan kegagalan chip sing ngemot cacat iki dhuwur, mula ngontrol jumlah cacat pembunuh penting banget kanggo ningkatake asil chip lan nyuda biaya. Gambar 5 nuduhaké distribusi cacat pembunuh wafer epitaksial SiC 150 mm lan 200 mm. Kanthi syarat ora ana ketidakseimbangan sing jelas ing rasio C/Si, cacat wortel lan cacat komet bisa diilangi, dene cacat gulung lan cacat segitiga ana hubungane karo kontrol kebersihan sajrone operasi peralatan epitaksial, tingkat pengotor bagean grafit ing ruang reaksi, lan kualitas substrat. Saka Tabel 2, bisa dideleng manawa kapadhetan cacat pembunuh wafer epitaksial 150 mm lan 200 mm bisa dikontrol ing kisaran 0,3 partikel/cm2, sing minangka tingkat sing apik banget kanggo jinis peralatan sing padha. Tingkat kontrol kapadhetan cacat fatal wafer epitaksial 150 mm luwih apik tinimbang wafer epitaksial 200 mm. Iki amarga proses persiapan substrat 150 mm luwih mateng tinimbang 200 mm, kualitas substrat luwih apik, lan tingkat kontrol pengotor ruang reaksi grafit 150 mm luwih apik.
2.4 Kekasaran permukaan wafer epitaksial
Gambar 6 nuduhake gambar AFM saka permukaan wafer epitaksial SiC 150 mm lan 200 mm. Saka gambar kasebut, bisa dideleng yen kekasaran rata-rata kuadrat akar permukaan Ra saka wafer epitaksial 150 mm lan 200 mm yaiku 0,129 nm lan 0,113 nm, lan permukaan lapisan epitaksial alus tanpa fenomena agregasi makro-langkah sing jelas. Fenomena iki nuduhake yen pertumbuhan lapisan epitaksial tansah njaga mode pertumbuhan aliran langkah sajrone kabeh proses epitaksial, lan ora ana agregasi langkah sing kedadeyan. Bisa dideleng yen kanthi nggunakake proses pertumbuhan epitaksial sing dioptimalake, lapisan epitaksial sing alus bisa dipikolehi ing substrat sudut rendah 150 mm lan 200 mm.
3 Dudutan
Wafer epitaksial homogen 150 mm lan 200 mm 4H-SiC kasil disiapake ing substrat domestik nggunakake peralatan pertumbuhan epitaksial SiC 200 mm sing dikembangake dhewe, lan proses epitaksial homogen sing cocog kanggo 150 mm lan 200 mm dikembangake. Tingkat pertumbuhan epitaksial bisa luwih saka 60 μm/jam. Sanajan nyukupi syarat epitaksi kecepatan tinggi, kualitas wafer epitaksial apik banget. Keseragaman kekandelan wafer epitaksial SiC 150 mm lan 200 mm bisa dikontrol ing 1,5%, keseragaman konsentrasi kurang saka 3%, kapadhetan cacat fatal kurang saka 0,3 partikel/cm2, lan kekasaran permukaan epitaksial root mean square Ra kurang saka 0,15 nm. Indikator proses inti wafer epitaksial ana ing tingkat lanjut ing industri.
Sumber: Peralatan Khusus Industri Elektronik
Pengarang: Xie Tianle, Li Ping, Yang Yu, Gong Xiaoliang, Ba Sai, Chen Guoqin, Wan Shengqiang
(Institut Riset Tiongkok kaping 48, Perusahaan Grup Teknologi Elektronik, Changsha, Hunan 410111)
Wektu kiriman: 04-Sep-2024