2 Эксперименталдык жыйынтыктар жана талкуу
2.1Эпитаксиалдык катмаркалыңдыгы жана бирдейлиги
Эпитаксиалдык катмардын калыңдыгы, легирлөө концентрациясы жана бирдейлиги эпитаксиалдык пластиналардын сапатын баалоо үчүн негизги көрсөткүчтөрдүн бири болуп саналат. Так көзөмөлдөнүүчү калыңдыгы, легирлөө концентрациясы жана пластинанын ичиндеги бирдейлик анын иштешин жана ырааттуулугун камсыз кылуунун ачкычы болуп саналат.SiC кубат берүүчү түзүлүштөр, жана эпитаксиалдык катмардын калыңдыгы жана легирлөө концентрациясынын бирдейлиги да эпитаксиалдык жабдуулардын процесстик жөндөмдүүлүгүн өлчөө үчүн маанилүү негиз болуп саналат.
3-сүрөттө 150 мм жана 200 мм калыңдыктын бирдейлиги жана бөлүштүрүү ийри сызыгы көрсөтүлгөн.SiC эпитаксиалдык пластиналарыСүрөттөн көрүнүп тургандай, эпитаксиалдык катмардын калыңдыгынын бөлүштүрүү ийри сызыгы пластинанын борбордук чекитине карата симметриялуу. Эпитаксиалдык процесстин убактысы 600с, 150 мм эпитаксиалдык пластинанын эпитаксиалдык катмарынын орточо калыңдыгы 10,89 мкм, ал эми калыңдыгынын бирдейлиги 1,05%. Эсептөө боюнча, эпитаксиалдык өсүү ылдамдыгы 65,3 мкм/саат, бул типтүү тез эпитаксиалдык процесстин деңгээли. Ошол эле эпитаксиалдык процесстин убактысында, 200 мм эпитаксиалдык пластинанын эпитаксиалдык катмарынын калыңдыгы 10,10 мкм, калыңдыгынын бирдейлиги 1,36% чегинде, ал эми жалпы өсүү ылдамдыгы 60,60 мкм/саат, бул 150 мм эпитаксиалдык өсүү ылдамдыгынан бир аз төмөн. Себеби, кремний жана көмүртек булагы реакция камерасынын жогорку агымынан пластинанын бети аркылуу реакция камерасынын төмөнкү агымына агып өткөндө, жолдо айкын жоготуу болот жана 200 мм пластинанын аянты 150 ммден чоңураак болот. Газ 200 мм пластинанын бети аркылуу узак аралыкка агат жана жолдо сарпталган булак газы көбүрөөк болот. Эгерде пластина айланып турса, эпитаксиалдык катмардын жалпы калыңдыгы жука болот, ошондуктан өсүү темпи жайыраак болот. Жалпысынан алганда, 150 мм жана 200 мм эпитаксиалдык пластиналардын калыңдыгынын бирдейлиги эң сонун жана жабдуулардын процесстик мүмкүнчүлүгү жогорку сапаттагы түзмөктөрдүн талаптарына жооп бере алат.
2.2 Эпитаксиалдык катмардын легирлөө концентрациясы жана бирдейлиги
4-сүрөттө 150 мм жана 200 мм допинг концентрациясынын бирдейлиги жана ийри сызыктын бөлүштүрүлүшү көрсөтүлгөн.SiC эпитаксиалдык пластиналарыСүрөттөн көрүнүп тургандай, эпитаксиалдык пластинадагы концентрациянын бөлүштүрүү ийри сызыгы пластинанын борборуна карата айкын симметрияга ээ. 150 мм жана 200 мм эпитаксиалдык катмарлардын легирлөө концентрациясынын бирдейлиги тиешелүүлүгүнө жараша 2,80% жана 2,66% түзөт, аны 3% чегинде башкарууга болот, бул ушул сыяктуу эл аралык жабдуулар үчүн эң сонун деңгээл. Эпитаксиалдык катмардын легирлөө концентрациясынын ийри сызыгы диаметр багыты боюнча "W" формасында бөлүштүрүлгөн, ал негизинен горизонталдуу ысык дубал эпитаксиалдык мештин агым талаасы менен аныкталат, анткени горизонталдуу аба агымынын эпитаксиалдык өстүрүү мешинин аба агымынын багыты аба кирүүчү учунан (жогорку агым) келип, ылдыйкы учунан пластинанын бети аркылуу ламинардык түрдө агып чыгат; көмүртек булагынын (C2H4) "жол бою азайып бараткан" ылдамдыгы кремний булагынын (TCS) ылдамдыгынан жогору болгондуктан, пластина айланганда, пластинанын бетиндеги чыныгы C/Si четинен борборго карай акырындык менен азаят (борбордогу көмүртек булагынын азыраак болушу), C жана N "атаандаштык позиция теориясына" ылайык, пластинанын борборундагы легирлөө концентрациясы четине карай акырындык менен азаят, эң сонун концентрация бирдейлигин алуу үчүн, эпитаксиалдык процесс учурунда борбордон четине карай легирлөө концентрациясынын төмөндөшүн жайлатуу үчүн N2 чети компенсация катары кошулат, ошентип акыркы легирлөө концентрациясынын ийри сызыгы "W" формасын көрсөтөт.
2.3 Эпитаксиалдык катмардын кемчиликтери
Калыңдыгынан жана легирлөө концентрациясынан тышкары, эпитаксиалдык катмардын кемчилигин көзөмөлдөө деңгээли эпитаксиалдык пластиналардын сапатын өлчөөнүн негизги параметри жана эпитаксиалдык жабдуулардын процесстик жөндөмдүүлүгүнүн маанилүү көрсөткүчү болуп саналат. SBD жана MOSFET кемчиликтерге карата ар кандай талаптарга ээ болгону менен, түшүү кемчиликтери, үч бурчтук кемчиликтери, сабиз кемчиликтери, комета кемчиликтери ж.б. сыяктуу ачык-айкын беттик морфологиялык кемчиликтер SBD жана MOSFET түзмөктөрүнүн өлтүргүч кемчиликтери катары аныкталат. Бул кемчиликтерди камтыган чиптердин иштебей калуу ыктымалдыгы жогору, андыктан өлтүргүч кемчиликтердин санын көзөмөлдөө чиптин түшүмүн жакшыртуу жана чыгымдарды азайтуу үчүн өтө маанилүү. 5-сүрөттө 150 мм жана 200 мм SiC эпитаксиалдык пластиналарынын өлтүргүч кемчиликтеринин бөлүштүрүлүшү көрсөтүлгөн. C/Si катышында айкын дисбаланс болбогон шартта, сабиз кемчиликтери жана комета кемчиликтери негизинен жок кылынышы мүмкүн, ал эми түшүү кемчиликтери жана үч бурчтук кемчиликтери эпитаксиалдык жабдууларды иштетүү учурундагы тазалыкты көзөмөлдөө, реакция камерасындагы графит бөлүктөрүнүн аралашма деңгээли жана субстраттын сапаты менен байланыштуу. 2-таблицадан көрүнүп тургандай, 150 мм жана 200 мм эпитаксиалдык пластиналардын өлтүргүч кемчилик тыгыздыгын 0,3 бөлүкчө/см2 чегинде көзөмөлдөөгө болот, бул ошол эле типтеги жабдуулар үчүн эң сонун деңгээл. 150 мм эпитаксиалдык пластинанын өлүмгө алып келүүчү кемчилик тыгыздыгын көзөмөлдөө деңгээли 200 мм эпитаксиалдык пластинага караганда жакшыраак. Себеби, 150 мм субстрат даярдоо процесси 200 ммге караганда жетилген, субстраттын сапаты жакшыраак жана 150 мм графит реакция камерасынын кошулмаларды көзөмөлдөө деңгээли жакшыраак.
2.4 Эпитаксиалдык пластинанын бетинин оройлугу
6-сүрөттө 150 мм жана 200 мм SiC эпитаксиалдык пластиналарынын бетинин AFM сүрөттөрү көрсөтүлгөн. Сүрөттөн көрүнүп тургандай, 150 мм жана 200 мм эпитаксиалдык пластиналардын бетинин орточо квадраттык оройлугу Ra тиешелүү түрдө 0,129 нм жана 0,113 нмди түзөт жана эпитаксиалдык катмардын бети макро-баскычтуу агрегация кубулушу жок жылмакай. Бул кубулуш эпитаксиалдык катмардын өсүшү бүткүл эпитаксиалдык процессте ар дайым баскычтуу агымдын өсүү режимин сактап тураарын жана баскычтуу агрегация болбой турганын көрсөтүп турат. Оптималдаштырылган эпитаксиалдык өсүү процессин колдонуу менен 150 мм жана 200 мм төмөнкү бурчтуу субстраттарда жылмакай эпитаксиалдык катмарларды алууга болот.
3 Жыйынтык
150 мм жана 200 мм 4H-SiC бир тектүү эпитаксиалдык пластиналар өз алдынча иштелип чыккан 200 мм SiC эпитаксиалдык өстүрүү жабдууларын колдонуу менен үй шартында жасалган субстраттарда ийгиликтүү даярдалды жана 150 мм жана 200 мм үчүн ылайыктуу бир тектүү эпитаксиалдык процесс иштелип чыкты. Эпитаксиалдык өсүү ылдамдыгы 60 мкм/сааттан жогору болушу мүмкүн. Жогорку ылдамдыктагы эпитаксиалдык талапка жооп бергенде, эпитаксиалдык пластинанын сапаты эң сонун. 150 мм жана 200 мм SiC эпитаксиалдык пластиналарынын калыңдыгынын бирдейлигин 1,5% чегинде көзөмөлдөөгө болот, концентрациянын бирдейлиги 3% дан аз, өлүмгө алып келүүчү кемчилик тыгыздыгы 0,3 бөлүкчө/см2 дан аз, ал эми эпитаксиалдык беттин оройлугунун орточо квадраттык тамыры Ra 0,15 нм дан аз. Эпитаксиалдык пластиналардын негизги процесстик көрсөткүчтөрү тармакта алдыңкы деңгээлде.
Булак: Электроника өнөр жайынын атайын жабдуулары
Автору: Си Тианле, Ли Пинг, Ян Ю, Гонг Сяолян, Ба Сай, Чен Гоцин, Ван Шэнцян
(Кытай электроника технологиялары тобунун корпорациясынын 48-изилдөө институту, Чанша, Хунань 410111)
Жарыяланган убактысы: 2024-жылдын 4-сентябры