2 Тәжірибелік нәтижелер және талқылау
2.1Эпитаксиалды қабатқалыңдығы және біркелкілігі
Эпитаксиалды қабаттың қалыңдығы, легирлеу концентрациясы және біркелкілігі эпитаксиалды пластиналардың сапасын бағалаудың негізгі көрсеткіштерінің бірі болып табылады. Дәл басқарылатын қалыңдығы, легирлеу концентрациясы және пластина ішіндегі біркелкілік өнімділік пен тұрақтылықты қамтамасыз етудің кілті болып табылады.SiC қуат құрылғылары, және эпитаксиалды қабаттың қалыңдығы мен легирлеу концентрациясының біркелкілігі де эпитаксиалды жабдықтың технологиялық қабілетін өлшеудің маңызды негіздері болып табылады.
3-суретте 150 мм және 200 мм қалыңдықтың біркелкілігі мен таралу қисығы көрсетілген.SiC эпитаксиалды пластиналарыСуреттен эпитаксиалды қабат қалыңдығының таралу қисығы пластинаның орталық нүктесіне қатысты симметриялы екенін көруге болады. Эпитаксиалды процесс уақыты 600с, 150 мм эпитаксиалды пластинаның орташа эпитаксиалды қабат қалыңдығы 10,89 мкм, ал қалыңдықтың біркелкілігі 1,05%. Есептеу бойынша, эпитаксиалды өсу жылдамдығы 65,3 мкм/сағ құрайды, бұл әдеттегі жылдам эпитаксиалды процесс деңгейі. Сол эпитаксиалды процесс уақытында 200 мм эпитаксиалды пластинаның эпитаксиалды қабат қалыңдығы 10,10 мкм, қалыңдықтың біркелкілігі 1,36% шегінде, ал жалпы өсу жылдамдығы 60,60 мкм/сағ құрайды, бұл 150 мм эпитаксиалды өсу жылдамдығынан сәл төмен. Себебі кремний көзі мен көміртегі көзі реакция камерасының жоғарғы ағысынан пластина беті арқылы реакция камерасының төменгі ағысына ағатын кезде жол бойында айқын шығын болады, ал 200 мм пластина ауданы 150 мм-ден үлкен болады. Газ 200 мм пластина беті арқылы ұзақ қашықтыққа ағады, ал жол бойында тұтынылатын бастапқы газ көбірек болады. Егер пластина айналып тұрса, эпитаксиалды қабаттың жалпы қалыңдығы жұқа болады, сондықтан өсу жылдамдығы баяулайды. Жалпы алғанда, 150 мм және 200 мм эпитаксиалды пластиналардың қалыңдық біркелкілігі өте жақсы, ал жабдықтың технологиялық мүмкіндігі жоғары сапалы құрылғылардың талаптарына сай келеді.
2.2 Эпитаксиалды қабаттың легирлеу концентрациясы және біркелкілігі
4-суретте 150 мм және 200 мм легирлеу концентрациясының біркелкілігі және қисықтың таралуы көрсетілгенSiC эпитаксиалды пластиналарыСуреттен көрініп тұрғандай, эпитаксиалды пластинадағы концентрацияның таралу қисығы пластинаның ортасына қатысты айқын симметрияға ие. 150 мм және 200 мм эпитаксиалды қабаттардың легирлеу концентрациясының біркелкілігі сәйкесінше 2,80% және 2,66% құрайды, оны 3% шегінде басқаруға болады, бұл ұқсас халықаралық жабдықтар үшін тамаша деңгей. Эпитаксиалды қабаттың легирлеу концентрациясының қисығы диаметр бағыты бойынша «W» пішінінде таралған, бұл негізінен көлденең ыстық қабырғалы эпитаксиалды пештің ағын өрісімен анықталады, себебі көлденең ауа ағынының эпитаксиалды өсу пешінің ауа ағынының бағыты ауа кіріс ұшынан (жоғары ағыс) және төменгі ағыс ұшынан пластина беті арқылы ламинарлы түрде ағады; көміртек көзінің (C2H4) «жол бойындағы сарқылу» жылдамдығы кремний көзіне (TCS) қарағанда жоғары болғандықтан, пластина айналған кезде, пластина бетіндегі нақты C/Si шетінен орталыққа қарай біртіндеп азаяды (орталықтағы көміртек көзі аз), C және N «бәсекелестік позиция теориясына» сәйкес, пластинаның ортасындағы легирлеу концентрациясы шетіне қарай біртіндеп азаяды, тамаша концентрация біркелкілігін алу үшін эпитаксиалды процесс кезінде орталықтан шетіне қарай легирлеу концентрациясының төмендеуін баяулату үшін N2 шеті компенсация ретінде қосылады, осылайша соңғы легирлеу концентрациясының қисығы «W» пішінін көрсетеді.
2.3 Эпитаксиалды қабат ақаулары
Қалыңдығы мен қоспа концентрациясынан басқа, эпитаксиалды қабат ақауларын бақылау деңгейі эпитаксиалды пластиналардың сапасын өлшеудің негізгі параметрі және эпитаксиалды жабдықтың технологиялық қабілетінің маңызды көрсеткіші болып табылады. SBD және MOSFET ақауларға қойылатын талаптары әртүрлі болғанымен, құлау ақаулары, үшбұрыш ақаулары, сәбіз ақаулары, комета ақаулары және т.б. сияқты айқын беттік морфология ақаулары SBD және MOSFET құрылғыларының өлімге әкелетін ақаулары ретінде анықталады. Бұл ақауларды қамтитын чиптердің істен шығу ықтималдығы жоғары, сондықтан өлімге әкелетін ақаулар санын бақылау чиптің өнімділігін арттыру және шығындарды азайту үшін өте маңызды. 5-суретте 150 мм және 200 мм SiC эпитаксиалды пластиналарының өлімге әкелетін ақауларының таралуы көрсетілген. C/Si қатынасында айқын теңгерімсіздік болмаған жағдайда, сәбіз ақаулары мен комета ақауларын негізінен жоюға болады, ал құлау ақаулары мен үшбұрыш ақаулары эпитаксиалды жабдықты пайдалану кезіндегі тазалықты бақылаумен, реакция камерасындағы графит бөлшектерінің қоспа деңгейімен және негіздің сапасымен байланысты. 2-кестеден 150 мм және 200 мм эпитаксиалды пластиналардың өлімге әкелетін ақау тығыздығын 0,3 бөлшектер/см2 шегінде басқаруға болатынын көруге болады, бұл сол типтегі жабдық үшін тамаша деңгей. 150 мм эпитаксиалды пластинаның өлімге әкелетін ақау тығыздығын бақылау деңгейі 200 мм эпитаксиалды пластинаға қарағанда жақсырақ. Себебі 150 мм негізді дайындау процесі 200 мм-ге қарағанда жетілген, негіз сапасы жақсырақ және 150 мм графит реакция камерасының қоспаны бақылау деңгейі жақсырақ.
2.4 Эпитаксиалды пластина бетінің кедір-бұдырлығы
6-суретте 150 мм және 200 мм SiC эпитаксиалды пластиналарының бетінің AFM кескіндері көрсетілген. Суреттен 150 мм және 200 мм эпитаксиалды пластиналардың беткі түбірінің орташа квадраттық кедір-бұдырлығы Ra сәйкесінше 0,129 нм және 0,113 нм екенін және эпитаксиалды қабаттың беті айқын макросатылық агрегация құбылысынсыз тегіс екенін көруге болады. Бұл құбылыс эпитаксиалды қабаттың өсуі бүкіл эпитаксиалды процесс кезінде әрқашан сатылы ағынның өсу режимін сақтайтынын және сатылы агрегация болмайтынын көрсетеді. Оңтайландырылған эпитаксиалды өсу процесін пайдалану арқылы 150 мм және 200 мм төмен бұрышты негіздерден тегіс эпитаксиалды қабаттар алуға болатынын көруге болады.
3 Қорытынды
150 мм және 200 мм 4H-SiC біртекті эпитаксиалды пластиналары өздігінен жасалған 200 мм SiC эпитаксиалды өсіру жабдығын пайдаланып, тұрмыстық негізде сәтті дайындалды, және 150 мм және 200 мм үшін қолайлы біртекті эпитаксиалды процесс жасалды. Эпитаксиалды өсу жылдамдығы 60 мкм/сағ-тан жоғары болуы мүмкін. Жоғары жылдамдықты эпитаксиалды талапты қанағаттандыра отырып, эпитаксиалды пластинаның сапасы өте жақсы. 150 мм және 200 мм SiC эпитаксиалды пластиналарының қалыңдығының біркелкілігін 1,5% шегінде басқаруға болады, концентрацияның біркелкілігі 3%-дан аз, өлімге әкелетін ақау тығыздығы 0,3 бөлшектер/см2-ден аз, ал эпитаксиалды бетінің кедір-бұдырлығының орташа квадраттық түбірі Ra 0,15 нм-ден аз. Эпитаксиалды пластиналардың негізгі процесс көрсеткіштері салада озық деңгейде.
Дереккөз: Электрондық өнеркәсіптің арнайы жабдықтары
Авторы: Си Тианле, Ли Пин, Ян Ю, Гон Сяолян, Ба Сай, Чен Гоцин, Ван Шэнцян
(Қытай электроника технологиялары тобы корпорациясының 48-ші ғылыми-зерттеу институты, Чанша, Хунань 410111)
Жарияланған уақыты: 04 қыркүйек 2024 ж.