2 ექსპერიმენტული შედეგები და განხილვა
2.1ეპიტაქსიური ფენასისქე და ერთგვაროვნება
ეპიტაქსიური ფენის სისქე, დოპირების კონცენტრაცია და ერთგვაროვნება ეპიტაქსიური ვაფლების ხარისხის შეფასების ერთ-ერთი ძირითადი მაჩვენებელია. ვაფლის შიგნით ზუსტად კონტროლირებადი სისქე, დოპირების კონცენტრაცია და ერთგვაროვნება მისი მუშაობისა და თანმიმდევრულობის უზრუნველყოფის გასაღებია.SiC კვების მოწყობილობებიდა ეპიტაქსიური ფენის სისქე და დოპინგის კონცენტრაციის ერთგვაროვნება ასევე მნიშვნელოვანი საფუძველია ეპიტაქსიური აღჭურვილობის დამუშავების შესაძლებლობის გასაზომად.
სურათი 3 გვიჩვენებს 150 მმ და 200 მმ სისქის ერთგვაროვნებისა და განაწილების მრუდს.SiC ეპიტაქსიური ვაფლებინახაზიდან ჩანს, რომ ეპიტაქსიური ფენის სისქის განაწილების მრუდი სიმეტრიულია ვაფლის ცენტრალური წერტილის მიმართ. ეპიტაქსიური დამუშავების დროა 600 წმ, 150 მმ ეპიტაქსიური ვაფლის საშუალო ეპიტაქსიური ფენის სისქეა 10.89 მკმ, ხოლო სისქის ერთგვაროვნება 1.05%. გამოთვლით, ეპიტაქსიური ზრდის ტემპი არის 65.3 მკმ/სთ, რაც ტიპიური სწრაფი ეპიტაქსიური პროცესის დონეა. იგივე ეპიტაქსიური დამუშავების დროის პირობებში, 200 მმ ეპიტაქსიური ვაფლის ეპიტაქსიური ფენის სისქეა 10.10 მკმ, სისქის ერთგვაროვნება 1.36%-ის ფარგლებშია, ხოლო საერთო ზრდის ტემპი არის 60.60 მკმ/სთ, რაც ოდნავ დაბალია 150 მმ ეპიტაქსიური ზრდის ტემპზე. ეს იმიტომ ხდება, რომ როდესაც სილიციუმის და ნახშირბადის წყაროები რეაქციის კამერის ზემო დინებიდან ვაფლის ზედაპირის გავლით რეაქციის კამერის ქვედა დინებამდე მიედინება, გზად აშკარა დანაკარგია, ხოლო 200 მმ ვაფლის ფართობი 150 მმ-ზე მეტია. გაზი 200 მმ ვაფლის ზედაპირზე უფრო დიდ მანძილზე მიედინება და გზად მოხმარებული წყაროს გაზი უფრო მეტია. იმ პირობით, რომ ვაფლი აგრძელებს ბრუნვას, ეპიტაქსიური ფენის საერთო სისქე უფრო თხელია, ამიტომ ზრდის ტემპი უფრო ნელია. საერთო ჯამში, 150 მმ და 200 მმ ეპიტაქსიური ვაფლების სისქის ერთგვაროვნება შესანიშნავია და აღჭურვილობის დამუშავების შესაძლებლობა შეიძლება აკმაყოფილებდეს მაღალი ხარისხის მოწყობილობების მოთხოვნებს.
2.2 ეპიტაქსიური ფენის დოპირების კონცენტრაცია და ერთგვაროვნება
სურათი 4 გვიჩვენებს დოპინგის კონცენტრაციის ერთგვაროვნებას და მრუდის განაწილებას 150 მმ და 200 მმ-ში.SiC ეპიტაქსიური ვაფლებიროგორც ნახაზიდან ჩანს, ეპიტაქსიურ ვაფლზე კონცენტრაციის განაწილების მრუდს აშკარა სიმეტრია აქვს ვაფლის ცენტრთან მიმართებაში. 150 მმ და 200 მმ ეპიტაქსიური ფენების დოპირების კონცენტრაციის ერთგვაროვნება შესაბამისად 2.80% და 2.66%-ია, რომლის კონტროლიც 3%-ის ფარგლებშია შესაძლებელი, რაც შესანიშნავ დონეს წარმოადგენს მსგავსი საერთაშორისო აღჭურვილობისთვის. ეპიტაქსიური ფენის დოპირების კონცენტრაციის მრუდი განაწილებულია "W" ფორმით დიამეტრის მიმართულებით, რაც ძირითადად განისაზღვრება ჰორიზონტალური ცხელი კედლის ეპიტაქსიური ღუმელის ნაკადის ველით, რადგან ჰორიზონტალური ჰაერის ნაკადის ეპიტაქსიური ზრდის ღუმელის ჰაერის ნაკადის მიმართულება ჰაერის შესასვლელი ბოლოდან (ზემოდან) არის და ქვედა ბოლოდან ლამინარული გზით მიედინება ვაფლის ზედაპირის გავლით; რადგან ნახშირბადის წყაროს (C2H4) „გზაში გამოფიტვის“ სიჩქარე უფრო მაღალია, ვიდრე სილიციუმის წყაროს (TCS), როდესაც ვაფლი ბრუნავს, ვაფლის ზედაპირზე ფაქტობრივი C/Si თანდათან მცირდება კიდიდან ცენტრისკენ (ცენტრში ნახშირბადის წყარო ნაკლებია), C და N-ის „კონკურენტული პოზიციის თეორიის“ თანახმად, ვაფლის ცენტრში დოპირების კონცენტრაცია თანდათან მცირდება კიდისკენ, შესანიშნავი კონცენტრაციის ერთგვაროვნების მისაღწევად, ეპიტაქსიური პროცესის დროს კომპენსაციის სახით ემატება კიდე N2, რათა შენელდეს დოპირების კონცენტრაციის შემცირება ცენტრიდან კიდისკენ, ისე, რომ დოპირების კონცენტრაციის საბოლოო მრუდი წარმოადგენდეს „W“ ფორმას.
2.3 ეპიტაქსიური ფენის დეფექტები
სისქისა და დოპინგის კონცენტრაციის გარდა, ეპიტაქსიური ფენის დეფექტების კონტროლის დონე ასევე წარმოადგენს ეპიტაქსიური ვაფლების ხარისხის გაზომვის ძირითად პარამეტრს და ეპიტაქსიური აღჭურვილობის დამუშავების შესაძლებლობის მნიშვნელოვან ინდიკატორს. მიუხედავად იმისა, რომ SBD-სა და MOSFET-ს დეფექტების მიმართ განსხვავებული მოთხოვნები აქვთ, უფრო აშკარა ზედაპირის მორფოლოგიური დეფექტები, როგორიცაა ვარდნის დეფექტები, სამკუთხედის დეფექტები, სტაფილოს დეფექტები, კომეტის დეფექტები და ა.შ., განისაზღვრება, როგორც SBD და MOSFET მოწყობილობების კილერი დეფექტები. ამ დეფექტების შემცველი ჩიპების გაუმართაობის ალბათობა მაღალია, ამიტომ კილერი დეფექტების რაოდენობის კონტროლი უაღრესად მნიშვნელოვანია ჩიპის მოსავლიანობის გასაუმჯობესებლად და ხარჯების შესამცირებლად. სურათი 5 გვიჩვენებს 150 მმ და 200 მმ SiC ეპიტაქსიური ვაფლების კილერი დეფექტების განაწილებას. იმ პირობით, რომ C/Si თანაფარდობაში აშკარა დისბალანსი არ არის, სტაფილოს და კომეტის დეფექტები ძირითადად შეიძლება აღმოიფხვრას, ხოლო ვარდნის და სამკუთხედის დეფექტები დაკავშირებულია ეპიტაქსიური აღჭურვილობის მუშაობის დროს სისუფთავის კონტროლთან, რეაქციის კამერაში გრაფიტის ნაწილების მინარევების დონესთან და სუბსტრატის ხარისხთან. ცხრილი 2-დან ჩანს, რომ 150 მმ და 200 მმ ეპიტაქსიური ვაფლების სასიკვდილო დეფექტის სიმკვრივის კონტროლი შესაძლებელია 0.3 ნაწილაკი/სმ2-ის ფარგლებში, რაც შესანიშნავი დონეა იმავე ტიპის აღჭურვილობისთვის. 150 მმ ეპიტაქსიური ვაფლის სასიკვდილო დეფექტის სიმკვრივის კონტროლის დონე უკეთესია, ვიდრე 200 მმ ეპიტაქსიური ვაფლის. ეს იმიტომ ხდება, რომ 150 მმ სუბსტრატის მომზადების პროცესი უფრო დახვეწილია, ვიდრე 200 მმ, სუბსტრატის ხარისხი უკეთესია და 150 მმ გრაფიტის რეაქციის კამერის მინარევების კონტროლის დონე უკეთესია.
2.4 ეპიტაქსიური ვაფლის ზედაპირის უხეშობა
სურათი 6 გვიჩვენებს 150 მმ და 200 მმ SiC ეპიტაქსიალური ვაფლების ზედაპირის AFM სურათებს. სურათიდან ჩანს, რომ 150 მმ და 200 მმ ეპიტაქსიალური ვაფლების ზედაპირის საშუალო კვადრატული უხეშობის Ra შესაბამისად 0.129 ნმ და 0.113 ნმ-ია, ხოლო ეპიტაქსიალური ფენის ზედაპირი გლუვია მაკრო-საფეხურიანი აგრეგაციის აშკარა ფენომენის გარეშე. ეს ფენომენი აჩვენებს, რომ ეპიტაქსიალური ფენის ზრდა ყოველთვის ინარჩუნებს საფეხურებრივი ნაკადის ზრდის რეჟიმს მთელი ეპიტაქსიური პროცესის განმავლობაში და საფეხურებრივი აგრეგაცია არ ხდება. ჩანს, რომ ოპტიმიზებული ეპიტაქსიური ზრდის პროცესის გამოყენებით, გლუვი ეპიტაქსიალური ფენების მიღება შესაძლებელია 150 მმ და 200 მმ დაბალი კუთხის სუბსტრატებზე.
3 დასკვნა
150 მმ და 200 მმ 4H-SiC ერთგვაროვანი ეპიტაქსიალური ვაფლები წარმატებით მომზადდა საყოფაცხოვრებო სუბსტრატებზე, საკუთარი ხელით შემუშავებული 200 მმ SiC ეპიტაქსიალური ზრდის მოწყობილობის გამოყენებით და შემუშავდა 150 მმ და 200 მმ-სთვის შესაფერისი ერთგვაროვანი ეპიტაქსიალური პროცესი. ეპიტაქსიალური ზრდის სიჩქარე შეიძლება იყოს 60 μm/sth-ზე მეტი. მაღალსიჩქარიანი ეპიტაქსიის მოთხოვნების დაკმაყოფილების პარალელურად, ეპიტაქსიალური ვაფლის ხარისხი შესანიშნავია. 150 მმ და 200 მმ SiC ეპიტაქსიალური ვაფლების სისქის ერთგვაროვნების კონტროლი შესაძლებელია 1.5%-ის ფარგლებში, კონცენტრაციის ერთგვაროვნება 3%-ზე ნაკლებია, ფატალური დეფექტის სიმკვრივე 0.3 ნაწილაკზე/სმ2-ზე ნაკლებია, ხოლო ეპიტაქსიალური ზედაპირის უხეშობის საშუალო კვადრატული Ra 0.15 ნმ-ზე ნაკლებია. ეპიტაქსიალური ვაფლების ძირითადი პროცესის მაჩვენებლები ინდუსტრიაში მოწინავე დონეზეა.
წყარო: ელექტრონული ინდუსტრიის სპეციალური აღჭურვილობა
ავტორი: სიე ტიანლე, ლი პინი, იან იუ, გონგ ქსიაოლიანგ, ბა საი, ჩენ გუოკინი, ვან შენგჩიანი
(ჩინეთის ელექტრონიკის ტექნოლოგიების ჯგუფის კორპორაციის 48-ე კვლევითი ინსტიტუტი, ჩანშა, ჰუნანი 410111)
გამოქვეყნების დრო: 2024 წლის 4 სექტემბერი