2 Eksperimentiniai rezultatai ir aptarimas
2.1Epitaksinis sluoksnisstoris ir vienodumas
Epitaksinio sluoksnio storis, legiravimo koncentracija ir vienodumas yra vieni iš pagrindinių rodiklių, vertinant epitaksinių plokštelių kokybę. Tiksliai kontroliuojamas storis, legiravimo koncentracija ir vienodumas plokštelėje yra pagrindiniai veiksniai, užtikrinantys našumą ir nuoseklumą.SiC maitinimo įtaisai, o epitaksinio sluoksnio storis ir legiravimo koncentracijos vienodumas taip pat yra svarbūs pagrindai epitaksinės įrangos proceso pajėgumui matuoti.
3 paveiksle parodyta 150 mm ir 200 mm storio vienodumo ir pasiskirstymo kreivė.SiC epitaksinės plokštelėsIš paveikslo matyti, kad epitaksinio sluoksnio storio pasiskirstymo kreivė yra simetriška plokštelės centrinio taško atžvilgiu. Epitaksinio proceso laikas yra 600 s, vidutinis 150 mm epitaksinės plokštelės epitaksinio sluoksnio storis yra 10,89 μm, o storio vienodumas – 1,05 %. Apskaičiuota, kad epitaksinio augimo greitis yra 65,3 μm/h, o tai yra tipiškas greitas epitaksinio proceso lygis. Esant tokiam pačiam epitaksinio proceso laikui, 200 mm epitaksinės plokštelės epitaksinio sluoksnio storis yra 10,10 μm, storio vienodumas yra 1,36 % ribose, o bendras augimo greitis yra 60,60 μm/h, tai yra šiek tiek mažiau nei 150 mm epitaksinio augimo greitis. Taip yra todėl, kad silicio ir anglies šaltinių srautui iš reakcijos kameros prieš srovę per plokštelės paviršių į reakcijos kameros pasroviui kyla akivaizdūs nuostoliai, o 200 mm plokštelės plotas yra didesnis nei 150 mm. Dujos teka per 200 mm plokštelės paviršių ilgesnį atstumą, todėl pakeliui sunaudojama daugiau šaltinio dujų. Jei plokštelė nuolat sukasi, bendras epitaksinio sluoksnio storis yra plonesnis, todėl augimo greitis yra lėtesnis. Apskritai 150 mm ir 200 mm epitaksinių plokštelių storio vienodumas yra puikus, o įrangos technologinės galimybės gali atitikti aukštos kokybės įrenginių reikalavimus.
2.2 Epitaksinio sluoksnio legiravimo koncentracija ir vienodumas
4 paveiksle parodytas 150 mm ir 200 mm legiravimo koncentracijos vienodumas ir kreivės pasiskirstymas.SiC epitaksinės plokštelėsKaip matyti iš paveikslo, epitaksinės plokštelės koncentracijos pasiskirstymo kreivė yra akivaizdžiai simetriška plokštelės centro atžvilgiu. 150 mm ir 200 mm epitaksinių sluoksnių legiravimo koncentracijos vienodumas yra atitinkamai 2,80 % ir 2,66 %, kurį galima kontroliuoti 3 % tikslumu, o tai yra puikus lygis panašiai tarptautinei įrangai. Epitaksinio sluoksnio legiravimo koncentracijos kreivė išilgai skersmens krypties yra paskirstyta „W“ forma, kurią daugiausia lemia horizontalios karštosios sienelės epitaksinės krosnies srauto laukas, nes horizontalios oro srauto epitaksinės augimo krosnies oro srauto kryptis yra iš oro įleidimo galo (prieš srovę) ir išteka iš pasrovio galo laminariniu būdu per plokštelės paviršių; Kadangi anglies šaltinio (C2H4) „išilgai išeikvojimo“ greitis yra didesnis nei silicio šaltinio (TCS), kai plokštelė sukasi, faktinis C/Si kiekis plokštelės paviršiuje palaipsniui mažėja nuo krašto iki centro (anglies šaltinio centre yra mažiau), pagal C ir N „konkurencinės padėties teoriją“, legiravimo koncentracija plokštelės centre palaipsniui mažėja link krašto, siekiant gauti puikų koncentracijos vienodumą, epitaksijos proceso metu kaip kompensacija pridedamas kraštas N2, kad sulėtėtų legiravimo koncentracijos mažėjimas nuo centro iki krašto, todėl galutinė legiravimo koncentracijos kreivė yra „W“ formos.
2.3 Epitaksinio sluoksnio defektai
Be storio ir legiravimo koncentracijos, epitaksinio sluoksnio defektų kontrolės lygis taip pat yra pagrindinis epitaksinių plokštelių kokybės matavimo parametras ir svarbus epitaksinės įrangos technologinių pajėgumų rodiklis. Nors SBD ir MOSFET tranzistoriams keliami skirtingi defektų reikalavimai, akivaizdesni paviršiaus morfologijos defektai, tokie kaip lašo defektai, trikampio defektai, morkos defektai, kometos defektai ir kt., apibrėžiami kaip SBD ir MOSFET įtaisų žudikai. Lustų, kuriuose yra šių defektų, gedimo tikimybė yra didelė, todėl žudikų defektų skaičiaus kontrolė yra labai svarbi siekiant pagerinti lustų išeigą ir sumažinti sąnaudas. 5 paveiksle parodytas 150 mm ir 200 mm SiC epitaksinių plokštelių žudikų defektų pasiskirstymas. Jei nėra akivaizdaus C/Si santykio disbalanso, morkos defektus ir kometos defektus iš esmės galima pašalinti, o lašo defektai ir trikampio defektai yra susiję su švaros kontrole epitaksinės įrangos veikimo metu, grafito dalių priemaišų lygiu reakcijos kameroje ir substrato kokybe. Iš 2 lentelės matyti, kad 150 mm ir 200 mm epitaksinių plokštelių mirtinų defektų tankis gali būti kontroliuojamas 0,3 dalelių/cm2 ribose, o tai yra puikus lygis tos pačios rūšies įrangai. 150 mm epitaksinės plokštelės mirtinų defektų tankio kontrolės lygis yra geresnis nei 200 mm epitaksinės plokštelės. Taip yra todėl, kad 150 mm pagrindo paruošimo procesas yra brandesnis nei 200 mm, pagrindo kokybė yra geresnė, o 150 mm grafito reakcijos kameros priemaišų kontrolės lygis yra geresnis.
2.4 Epitaksinis plokštelės paviršiaus šiurkštumas
6 paveiksle pateikti 150 mm ir 200 mm SiC epitaksinių plokštelių paviršiaus AFM vaizdai. Iš paveikslo matyti, kad 150 mm ir 200 mm epitaksinių plokštelių paviršiaus vidutinis kvadratinis šiurkštumas Ra yra atitinkamai 0,129 nm ir 0,113 nm, o epitaksinio sluoksnio paviršius yra lygus, be akivaizdaus makrolaiptelių agregacijos reiškinio. Šis reiškinys rodo, kad epitaksinio sluoksnio augimas visada išlaiko laiptelių srauto augimo režimą viso epitaksinio proceso metu ir laiptelių agregacija nevyksta. Matyti, kad naudojant optimizuotą epitaksinio augimo procesą, lygius epitaksinius sluoksnius galima gauti ant 150 mm ir 200 mm mažo kampo pagrindų.
3 Išvada
150 mm ir 200 mm 4H-SiC homogeninės epitaksinės plokštelės buvo sėkmingai pagamintos ant vietinių substratų naudojant savarankiškai sukurtą 200 mm SiC epitaksinio auginimo įrangą, ir buvo sukurtas homogeninis epitaksinis procesas, tinkamas 150 mm ir 200 mm storio plokštelėms. Epitaksinio augimo greitis gali būti didesnis nei 60 μm/h. Nors epitaksijos greitis yra pakankamas, epitaksinės plokštelės kokybė yra puiki. 150 mm ir 200 mm SiC epitaksinių plokštelių storio vienodumą galima kontroliuoti 1,5 % tikslumu, koncentracijos vienodumas yra mažesnis nei 3 %, mirtinų defektų tankis yra mažesnis nei 0,3 dalelės/cm2, o epitaksinio paviršiaus šiurkštumo vidutinė kvadratinė vertė Ra yra mažesnė nei 0,15 nm. Pagrindiniai epitaksinių plokštelių proceso rodikliai yra pažangiausi pramonėje.
Šaltinis: Speciali elektronikos pramonės įranga
Autoriai: Xie Tianle, Li Ping, Yang Yu, Gong Xiaoliang, Ba Sai, Chen Guoqin, Wan Shengqiang
(48-asis Kinijos elektronikos technologijų grupės korporacijos tyrimų institutas, Čangša, Hunanas 410111)
Įrašo laikas: 2024-09-04