2 ຜົນການທົດລອງ ແລະ ການສົນທະນາ
2.1ຊັ້ນ Epitaxialຄວາມໜາ ແລະ ຄວາມເປັນເອກະພາບ
ຄວາມໜາຂອງຊັ້ນ Epitaxial, ຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງສານເສີມ ແລະ ຄວາມສະໝໍ່າສະເໝີ ແມ່ນໜຶ່ງໃນຕົວຊີ້ວັດຫຼັກສຳລັບການຕັດສິນຄຸນນະພາບຂອງແຜ່ນເວເຟີ epitaxial. ຄວາມໜາທີ່ສາມາດຄວບຄຸມໄດ້ຢ່າງຖືກຕ້ອງ, ຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງສານເສີມ ແລະ ຄວາມສະໝໍ່າສະເໝີພາຍໃນແຜ່ນເວເຟີ ແມ່ນກຸນແຈສຳຄັນໃນການຮັບປະກັນປະສິດທິພາບ ແລະ ຄວາມສອດຄ່ອງຂອງອຸປະກອນພະລັງງານ SiC, ແລະ ຄວາມໜາຂອງຊັ້ນ epitaxial ແລະ ຄວາມສະໝໍ່າສະເໝີຂອງຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງສານກະຕຸ້ນກໍ່ເປັນພື້ນຖານທີ່ສຳຄັນສຳລັບການວັດແທກຄວາມສາມາດຂອງຂະບວນການຂອງອຸປະກອນ epitaxial.
ຮູບທີ 3 ສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງຄວາມສະໝໍ່າສະເໝີຂອງຄວາມໜາ ແລະ ເສັ້ນໂຄ້ງການແຈກຢາຍຂອງ 150 ມມ ແລະ 200 ມມເວເຟີ epitaxial SiCຈາກຮູບສາມາດເຫັນໄດ້ວ່າເສັ້ນໂຄ້ງການແຈກຢາຍຄວາມໜາຂອງຊັ້ນ epitaxial ແມ່ນສົມມາດປະມານຈຸດກາງຂອງແຜ່ນ wafer. ເວລາຂອງຂະບວນການ epitaxial ແມ່ນ 600 ວິນາທີ, ຄວາມໜາຂອງຊັ້ນ epitaxial ສະເລ່ຍຂອງແຜ່ນ wafer epitaxial 150 ມມ ແມ່ນ 10.89 um, ແລະ ຄວາມສະໝໍ່າສະເໝີຂອງຄວາມໜາແມ່ນ 1.05%. ໂດຍການຄິດໄລ່, ອັດຕາການເຕີບໂຕຂອງ epitaxial ແມ່ນ 65.3 um/h, ເຊິ່ງເປັນລະດັບຂະບວນການ epitaxial ທີ່ໄວໂດຍທົ່ວໄປ. ພາຍໃຕ້ເວລາຂະບວນການ epitaxial ດຽວກັນ, ຄວາມໜາຂອງຊັ້ນ epitaxial ຂອງແຜ່ນ wafer epitaxial 200 ມມ ແມ່ນ 10.10 um, ຄວາມສະໝໍ່າສະເໝີຂອງຄວາມໜາແມ່ນຢູ່ໃນລະຫວ່າງ 1.36%, ແລະ ອັດຕາການເຕີບໂຕໂດຍລວມແມ່ນ 60.60 um/h, ເຊິ່ງຕ່ຳກວ່າອັດຕາການເຕີບໂຕຂອງ epitaxial 150 ມມ ເລັກນ້ອຍ. ນີ້ແມ່ນຍ້ອນວ່າມີການສູນເສຍທີ່ຊັດເຈນຕາມທາງເມື່ອແຫຼ່ງຊິລິໂຄນ ແລະ ແຫຼ່ງຄາບອນໄຫຼຈາກທາງເທິງຂອງຫ້ອງປະຕິກິລິຍາຜ່ານໜ້າດິນແຜ່ນເວເຟີໄປຫາທາງລຸ່ມຂອງຫ້ອງປະຕິກິລິຍາ, ແລະ ພື້ນທີ່ແຜ່ນເວເຟີ 200 ມມ ໃຫຍ່ກວ່າ 150 ມມ. ອາຍແກັສໄຫຼຜ່ານໜ້າດິນຂອງແຜ່ນເວເຟີ 200 ມມ ເປັນໄລຍະທາງທີ່ຍາວກວ່າ, ແລະ ອາຍແກັສແຫຼ່ງທີ່ບໍລິໂພກໄປຕາມທາງແມ່ນຫຼາຍກວ່າ. ພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂທີ່ແຜ່ນເວເຟີໝຸນຢູ່ສະເໝີ, ຄວາມໜາໂດຍລວມຂອງຊັ້ນ epitaxial ແມ່ນບາງລົງ, ດັ່ງນັ້ນອັດຕາການເຕີບໂຕຈຶ່ງຊ້າລົງ. ໂດຍລວມແລ້ວ, ຄວາມສະເໝີພາບຂອງຄວາມໜາຂອງແຜ່ນເວເຟີ epitaxial 150 ມມ ແລະ 200 ມມ ແມ່ນດີເລີດ, ແລະ ຄວາມສາມາດໃນການປະມວນຜົນຂອງອຸປະກອນສາມາດຕອບສະໜອງຄວາມຕ້ອງການຂອງອຸປະກອນທີ່ມີຄຸນນະພາບສູງ.
2.2 ຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນ ແລະ ຄວາມສະໝໍ່າສະເໝີຂອງຊັ້ນ Epitaxial ໃນການເສີມສານ
ຮູບທີ 4 ສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງຄວາມສະໝໍ່າສະເໝີຂອງຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງສານກະຕຸ້ນ ແລະ ການແຈກຢາຍເສັ້ນໂຄ້ງຂອງ 150 ມມ ແລະ 200 ມມເວເຟີ epitaxial SiC. ດັ່ງທີ່ເຫັນໄດ້ຈາກຮູບ, ເສັ້ນໂຄ້ງການແຈກຢາຍຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຢູ່ເທິງແຜ່ນເວເຟີ epitaxial ມີຄວາມສົມມາດທີ່ຊັດເຈນທຽບກັບຈຸດໃຈກາງຂອງແຜ່ນເວເຟີ. ຄວາມສະເໝີພາບຂອງຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງສານເສີມຂອງຊັ້ນແຜ່ນເວເຟີ 150 ມມ ແລະ 200 ມມ ແມ່ນ 2.80% ແລະ 2.66% ຕາມລຳດັບ, ເຊິ່ງສາມາດຄວບຄຸມໄດ້ພາຍໃນ 3%, ເຊິ່ງເປັນລະດັບທີ່ດີເລີດສຳລັບອຸປະກອນສາກົນທີ່ຄ້າຍຄືກັນ. ເສັ້ນໂຄ້ງຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງສານເສີມຂອງຊັ້ນແຜ່ນເວເຟີແມ່ນແຈກຢາຍເປັນຮູບຊົງ "W" ຕາມທິດທາງເສັ້ນຜ່າສູນກາງ, ເຊິ່ງສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນຖືກກຳນົດໂດຍພາກສະໜາມການໄຫຼຂອງເຕົາໄຟ epitaxial ຝາຮ້ອນແນວນອນ, ເພາະວ່າທິດທາງການໄຫຼຂອງອາກາດຂອງເຕົາໄຟ epitaxial ກະແສລົມແນວນອນແມ່ນມາຈາກປາຍທາງເຂົ້າອາກາດ (ທາງເທິງ) ແລະໄຫຼອອກຈາກປາຍທາງລຸ່ມໃນລັກສະນະທີ່ລຽບງ່າຍຜ່ານໜ້າດິນແຜ່ນເວເຟີ; ເນື່ອງຈາກອັດຕາ "ການຫຼຸດລົງຕາມເສັ້ນທາງ" ຂອງແຫຼ່ງຄາບອນ (C2H4) ສູງກວ່າແຫຼ່ງຊິລິໂຄນ (TCS), ເມື່ອແຜ່ນເວເຟີໝຸນ, C/Si ຕົວຈິງຢູ່ເທິງໜ້າແຜ່ນເວເຟີຈະຄ່ອຍໆຫຼຸດລົງຈາກຂອບໄປຫາກາງ (ແຫຼ່ງຄາບອນຢູ່ກາງມີໜ້ອຍກວ່າ), ອີງຕາມ "ທິດສະດີຕຳແໜ່ງແຂ່ງຂັນ" ຂອງ C ແລະ N, ຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງສານເສີມໃນກາງຂອງແຜ່ນເວເຟີຈະຄ່ອຍໆຫຼຸດລົງໄປຫາຂອບ, ເພື່ອໃຫ້ໄດ້ຄວາມສະໝໍ່າສະເໝີຂອງຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນທີ່ດີເລີດ, ຂອບ N2 ຈະຖືກເພີ່ມເປັນການຊົດເຊີຍໃນລະຫວ່າງຂະບວນການ epitaxial ເພື່ອຊ້າລົງການຫຼຸດລົງຂອງຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງສານເສີມຈາກກາງໄປຫາຂອບ, ດັ່ງນັ້ນເສັ້ນໂຄ້ງຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງສານເສີມສຸດທ້າຍຈຶ່ງສະແດງຮູບຊົງ "W".
2.3 ຂໍ້ບົກຜ່ອງຂອງຊັ້ນ Epitaxial
ນອກເໜືອໄປຈາກຄວາມໜາ ແລະ ຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງສານກະຕຸ້ນ, ລະດັບການຄວບຄຸມຂໍ້ບົກຜ່ອງຂອງຊັ້ນ epitaxial ຍັງເປັນຕົວກຳນົດຫຼັກສຳລັບການວັດແທກຄຸນນະພາບຂອງແຜ່ນ epitaxial ແລະ ເປັນຕົວຊີ້ບອກທີ່ສຳຄັນຂອງຄວາມສາມາດຂອງຂະບວນການຂອງອຸປະກອນ epitaxial. ເຖິງແມ່ນວ່າ SBD ແລະ MOSFET ມີຄວາມຕ້ອງການທີ່ແຕກຕ່າງກັນສຳລັບຂໍ້ບົກຜ່ອງ, ແຕ່ຂໍ້ບົກຜ່ອງທາງດ້ານຮູບຮ່າງພື້ນຜິວທີ່ຊັດເຈນກວ່າເຊັ່ນ: ຂໍ້ບົກຜ່ອງຂອງການຫຼຸດລົງ, ຂໍ້ບົກຜ່ອງຂອງຮູບສາມຫຼ່ຽມ, ຂໍ້ບົກຜ່ອງຂອງແຄລອດ, ຂໍ້ບົກຜ່ອງຂອງດາວຫາງ, ແລະອື່ນໆ ຖືກນິຍາມວ່າເປັນຂໍ້ບົກຜ່ອງທີ່ຮ້າຍແຮງຂອງອຸປະກອນ SBD ແລະ MOSFET. ຄວາມເປັນໄປໄດ້ຂອງຄວາມລົ້ມເຫຼວຂອງຊິບທີ່ມີຂໍ້ບົກຜ່ອງເຫຼົ່ານີ້ແມ່ນສູງ, ສະນັ້ນການຄວບຄຸມຈຳນວນຂໍ້ບົກຜ່ອງທີ່ຮ້າຍແຮງແມ່ນມີຄວາມສຳຄັນຫຼາຍສຳລັບການປັບປຸງຜົນຜະລິດຊິບ ແລະ ການຫຼຸດຜ່ອນຕົ້ນທຶນ. ຮູບທີ 5 ສະແດງໃຫ້ເຫັນການແຈກຢາຍຂອງຂໍ້ບົກຜ່ອງທີ່ຮ້າຍແຮງຂອງແຜ່ນ epitaxial SiC ຂະໜາດ 150 ມມ ແລະ 200 ມມ. ພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂທີ່ບໍ່ມີຄວາມບໍ່ສົມດຸນທີ່ຊັດເຈນໃນອັດຕາສ່ວນ C/Si, ຂໍ້ບົກຜ່ອງຂອງແຄລອດ ແລະ ຂໍ້ບົກຜ່ອງຂອງດາວຫາງສາມາດຖືກກຳຈັດອອກໄດ້ໂດຍພື້ນຖານ, ໃນຂະນະທີ່ຂໍ້ບົກຜ່ອງຂອງການຫຼຸດລົງ ແລະ ຂໍ້ບົກຜ່ອງຂອງຮູບສາມຫຼ່ຽມແມ່ນກ່ຽວຂ້ອງກັບການຄວບຄຸມຄວາມສະອາດໃນລະຫວ່າງການປະຕິບັດງານຂອງອຸປະກອນ epitaxial, ລະດັບຄວາມບໍ່ບໍລິສຸດຂອງຊິ້ນສ່ວນ graphite ໃນຫ້ອງປະຕິກິລິຍາ, ແລະ ຄຸນນະພາບຂອງຊັ້ນຮອງພື້ນ. ຈາກຕາຕະລາງທີ 2, ສາມາດເຫັນໄດ້ວ່າຄວາມໜາແໜ້ນຂອງຂໍ້ບົກພ່ອງຂອງແຜ່ນເວເຟີ epitaxial ຂະໜາດ 150 ມມ ແລະ 200 ມມ ສາມາດຄວບຄຸມໄດ້ພາຍໃນ 0.3 ອະນຸພາກ/ຊມ2, ເຊິ່ງເປັນລະດັບທີ່ດີເລີດສຳລັບອຸປະກອນປະເພດດຽວກັນ. ລະດັບການຄວບຄຸມຄວາມໜາແໜ້ນຂອງຂໍ້ບົກພ່ອງທີ່ຮ້າຍແຮງຂອງແຜ່ນເວເຟີ epitaxial ຂະໜາດ 150 ມມ ແມ່ນດີກ່ວາແຜ່ນເວເຟີ epitaxial ຂະໜາດ 200 ມມ. ນີ້ແມ່ນຍ້ອນວ່າຂະບວນການກະກຽມຊັ້ນຮອງພື້ນຂະໜາດ 150 ມມ ມີຄວາມສົມບູນຫຼາຍກວ່າແຜ່ນເວເຟີ 200 ມມ, ຄຸນນະພາບຂອງຊັ້ນຮອງພື້ນດີກວ່າ, ແລະລະດັບການຄວບຄຸມສິ່ງປົນເປື້ອນຂອງຫ້ອງປະຕິກິລິຍາແກຣໄຟ 150 ມມ ແມ່ນດີກວ່າ.
2.4 ຄວາມຫຍາບຂອງຜິວໜ້າແຜ່ນເວເຟີ Epitaxial
ຮູບທີ 6 ສະແດງຮູບພາບ AFM ຂອງໜ້າຜິວຂອງແຜ່ນຊິລິໂຄນ epitaxial ຂະໜາດ 150 ມມ ແລະ 200 ມມ. ສາມາດເຫັນໄດ້ຈາກຮູບວ່າຄວາມຫຍາບຂອງຮາກໜ້າຜິວ Ra ສະເລ່ຍຂອງແຜ່ນຊິລິໂຄນ epitaxial ຂະໜາດ 150 ມມ ແລະ 200 ມມ ແມ່ນ 0.129 nm ແລະ 0.113 nm ຕາມລຳດັບ, ແລະ ໜ້າຜິວຂອງຊັ້ນ epitaxial ແມ່ນລຽບໂດຍບໍ່ມີປະກົດການລວມຕົວຂອງມະຫາພາກທີ່ຊັດເຈນ. ປະກົດການນີ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າການເຕີບໂຕຂອງຊັ້ນ epitaxial ຮັກສາຮູບແບບການເຕີບໂຕຂອງການໄຫຼແບບຂັ້ນຕອນຕະຫຼອດຂະບວນການ epitaxial ທັງໝົດ, ແລະ ບໍ່ມີການລວມຕົວຂອງຂັ້ນຕອນເກີດຂຶ້ນ. ສາມາດເຫັນໄດ້ວ່າ ໂດຍການນຳໃຊ້ຂະບວນການເຕີບໂຕຂອງ epitaxial ທີ່ດີທີ່ສຸດ, ຊັ້ນ epitaxial ລຽບສາມາດໄດ້ຮັບໃນຊັ້ນຮອງພື້ນມຸມຕ່ຳຂະໜາດ 150 ມມ ແລະ 200 ມມ.
3 ສະຫຼຸບ
ແຜ່ນເວເຟີ epitaxial ທີ່ເປັນເອກະພາບ 4H-SiC ຂະໜາດ 150 ມມ ແລະ 200 ມມ ໄດ້ຖືກກະກຽມຢ່າງສຳເລັດຜົນເທິງວັດສະດຸກໍ່ສ້າງພາຍໃນປະເທດໂດຍໃຊ້ອຸປະກອນການເຕີບໂຕຂອງແຜ່ນເວເຟີ SiC ຂະໜາດ 200 ມມ ທີ່ພັດທະນາດ້ວຍຕົນເອງ, ແລະຂະບວນການ epitaxial ທີ່ເປັນເອກະພາບທີ່ເໝາະສົມສຳລັບແຜ່ນເວເຟີ ຂະໜາດ 150 ມມ ແລະ 200 ມມ ໄດ້ຖືກພັດທະນາຂຶ້ນ. ອັດຕາການເຕີບໂຕຂອງແຜ່ນເວເຟີສາມາດສູງກວ່າ 60 μm/h. ໃນຂະນະທີ່ຕອບສະໜອງຄວາມຕ້ອງການແຜ່ນເວເຟີຄວາມໄວສູງ, ຄຸນນະພາບຂອງແຜ່ນເວເຟີ epitaxial ແມ່ນດີເລີດ. ຄວາມສະໝໍ່າສະເໝີຂອງຄວາມໜາຂອງແຜ່ນເວເຟີ epitaxial SiC ຂະໜາດ 150 ມມ ແລະ 200 ມມ ສາມາດຄວບຄຸມໄດ້ພາຍໃນ 1.5%, ຄວາມສະໝໍ່າສະເໝີຂອງຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນໜ້ອຍກວ່າ 3%, ຄວາມໜາແໜ້ນຂອງຂໍ້ບົກພ່ອງທີ່ຮ້າຍແຮງໜ້ອຍກວ່າ 0.3 ອະນຸພາກ/ຊມ2, ແລະ ຄວາມຫຍາບຂອງພື້ນຜິວແຜ່ນເວເຟີ epitaxial ຄ່າສະເລ່ຍຮາກສີ່ຫຼ່ຽມ Ra ໜ້ອຍກວ່າ 0.15 nm. ຕົວຊີ້ວັດຂະບວນການຫຼັກຂອງແຜ່ນເວເຟີ epitaxial ແມ່ນຢູ່ໃນລະດັບທີ່ກ້າວໜ້າໃນອຸດສາຫະກຳ.
ແຫຼ່ງຂໍ້ມູນ: ອຸປະກອນພິເສດອຸດສາຫະກໍາເອເລັກໂຕຣນິກ
ຜູ້ຂຽນ: Xie Tianle, Li Ping, Yang Yu, Gong Xiaoliang, Ba Sai, Chen Guoqin, Wan Shengqiang
(ສະຖາບັນຄົ້ນຄວ້າບໍລິສັດເຕັກໂນໂລຊີເອເລັກໂຕຣນິກຈີນຄັ້ງທີ 48, ເມືອງຊາງຊາ, ແຂວງຫູນານ 410111)
ເວລາໂພສ: ກັນຍາ-04-2024