8-ഇഞ്ച് SiC എപ്പിറ്റാക്സിയൽ ഫർണസ്, ഹോമിയോപിറ്റാക്സിയൽ പ്രക്രിയ എന്നിവയെക്കുറിച്ചുള്ള ഗവേഷണം-Ⅱ

 

2 പരീക്ഷണ ഫലങ്ങളും ചർച്ചയും

2.1 ഡെവലപ്പർഎപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളികനവും ഏകീകൃതതയും

എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളിയുടെ കനം, ഡോപ്പിംഗ് സാന്ദ്രത, ഏകീകൃതത എന്നിവയാണ് എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വേഫറുകളുടെ ഗുണനിലവാരം വിലയിരുത്തുന്നതിനുള്ള പ്രധാന സൂചകങ്ങളിൽ ഒന്ന്. കൃത്യമായി നിയന്ത്രിക്കാവുന്ന കനം, ഡോപ്പിംഗ് സാന്ദ്രത, വേഫറിനുള്ളിലെ ഏകീകൃതത എന്നിവയാണ് പ്രകടനവും സ്ഥിരതയും ഉറപ്പാക്കുന്നതിനുള്ള താക്കോൽ.SiC പവർ ഉപകരണങ്ങൾ, എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളിയുടെ കനം, ഡോപ്പിംഗ് സാന്ദ്രത ഏകീകൃതത എന്നിവയും എപ്പിറ്റാക്സിയൽ ഉപകരണങ്ങളുടെ പ്രക്രിയാ ശേഷി അളക്കുന്നതിനുള്ള പ്രധാന അടിസ്ഥാനങ്ങളാണ്.

ചിത്രം 3 150 mm ഉം 200 mm ഉം കനം ഏകീകൃതതയും വിതരണ വക്രവും കാണിക്കുന്നു.SiC എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വേഫറുകൾ. ചിത്രത്തിൽ നിന്ന് എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളിയുടെ കനം വിതരണ വക്രം വേഫറിന്റെ മധ്യബിന്ദുവിനെ സംബന്ധിച്ചിടത്തോളം സമമിതിയാണെന്ന് കാണാൻ കഴിയും. എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പ്രക്രിയ സമയം 600 മി.മീ ആണ്, 150 മി.മീ എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വേഫറിന്റെ ശരാശരി എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളി കനം 10.89 മി.മീ ആണ്, കനം ഏകതാനത 1.05 മി.മീ ആണ്. കണക്കുകൂട്ടൽ പ്രകാരം, എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വളർച്ചാ നിരക്ക് 65.3 മി.മീ/മണിക്കൂർ ആണ്, ഇത് ഒരു സാധാരണ ഫാസ്റ്റ് എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പ്രക്രിയ നിലയാണ്. അതേ എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പ്രക്രിയ സമയത്തിന് കീഴിൽ, 200 മി.മീ എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വേഫറിന്റെ എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളി കനം 10.10 മി.മീ ആണ്, കനം ഏകതാനത 1.36% ആണ്, മൊത്തത്തിലുള്ള വളർച്ചാ നിരക്ക് 60.60 മി.മീ ആണ്, ഇത് 150 മി.മീ എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വളർച്ചാ നിരക്കിനേക്കാൾ അല്പം കുറവാണ്. കാരണം, സിലിക്കൺ സ്രോതസ്സും കാർബൺ സ്രോതസ്സും റിയാക്ഷൻ ചേമ്പറിന്റെ മുകളിലേക്ക് നിന്ന് വേഫർ ഉപരിതലത്തിലൂടെ റിയാക്ഷൻ ചേമ്പറിന്റെ താഴേക്ക് ഒഴുകുമ്പോൾ വഴിയിൽ വ്യക്തമായ നഷ്ടം സംഭവിക്കുന്നു, കൂടാതെ 200 മില്ലീമീറ്റർ വേഫർ വിസ്തീർണ്ണം 150 മില്ലീമീറ്ററിനേക്കാൾ വലുതാണ്. 200 മില്ലീമീറ്റർ വേഫറിന്റെ ഉപരിതലത്തിലൂടെ വാതകം കൂടുതൽ ദൂരത്തേക്ക് ഒഴുകുന്നു, വഴിയിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഉറവിട വാതകം കൂടുതലാണ്. വേഫർ ഭ്രമണം ചെയ്തുകൊണ്ടിരിക്കുകയാണെങ്കിൽ, എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളിയുടെ മൊത്തത്തിലുള്ള കനം കനം കുറഞ്ഞതാണ്, അതിനാൽ വളർച്ചാ നിരക്ക് മന്ദഗതിയിലാണ്. മൊത്തത്തിൽ, 150 മില്ലീമീറ്റർ, 200 മില്ലീമീറ്റർ എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വേഫറുകളുടെ കട്ടിയുള്ള ഏകത മികച്ചതാണ്, കൂടാതെ ഉപകരണങ്ങളുടെ പ്രോസസ്സ് ശേഷി ഉയർന്ന നിലവാരമുള്ള ഉപകരണങ്ങളുടെ ആവശ്യകതകൾ നിറവേറ്റാൻ കഴിയും.

 

2.2 എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളി ഡോപ്പിംഗ് സാന്ദ്രതയും ഏകീകൃതതയും

ചിത്രം 4, 150 mm, 200 mm എന്നിവയുടെ ഡോപ്പിംഗ് കോൺസൺട്രേഷൻ യൂണിഫോമിറ്റിയും വക്ര വിതരണവും കാണിക്കുന്നു.SiC എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വേഫറുകൾചിത്രത്തിൽ നിന്ന് കാണാൻ കഴിയുന്നതുപോലെ, എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വേഫറിലെ കോൺസൺട്രേഷൻ ഡിസ്ട്രിബ്യൂഷൻ കർവിന് വേഫറിന്റെ മധ്യഭാഗവുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ വ്യക്തമായ സമമിതിയുണ്ട്. 150 mm, 200 mm എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളികളുടെ ഡോപ്പിംഗ് കോൺസൺട്രേഷൻ ഏകത യഥാക്രമം 2.80% ഉം 2.66% ഉം ആണ്, ഇത് 3% ഉള്ളിൽ നിയന്ത്രിക്കാൻ കഴിയും, ഇത് സമാനമായ അന്താരാഷ്ട്ര ഉപകരണങ്ങൾക്ക് ഒരു മികച്ച ലെവലാണ്. എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളിയുടെ ഡോപ്പിംഗ് കോൺസൺട്രേഷൻ കർവ് വ്യാസ ദിശയിൽ "W" ആകൃതിയിൽ വിതരണം ചെയ്യുന്നു, ഇത് പ്രധാനമായും തിരശ്ചീന ചൂടുള്ള മതിൽ എപ്പിറ്റാക്സിയൽ ചൂളയുടെ ഫ്ലോ ഫീൽഡ് നിർണ്ണയിക്കുന്നു, കാരണം തിരശ്ചീന എയർഫ്ലോ എപ്പിറ്റാക്സിയൽ ഗ്രോത്ത് ഫർണസിന്റെ എയർഫ്ലോ ദിശ എയർ ഇൻലെറ്റ് എൻഡിൽ നിന്നാണ് (മുകളിലേക്ക്) കൂടാതെ താഴത്തെ അറ്റത്ത് നിന്ന് വേഫർ ഉപരിതലത്തിലൂടെ ഒരു ലാമിനാർ രീതിയിൽ പുറത്തേക്ക് ഒഴുകുന്നു; കാർബൺ സ്രോതസ്സിന്റെ (C2H4) "വഴിയിൽ കുറയൽ" നിരക്ക് സിലിക്കൺ സ്രോതസ്സിനേക്കാൾ (TCS) കൂടുതലായതിനാൽ, വേഫർ കറങ്ങുമ്പോൾ, വേഫർ ഉപരിതലത്തിലെ യഥാർത്ഥ C/Si അരികിൽ നിന്ന് മധ്യത്തിലേക്ക് ക്രമേണ കുറയുന്നു (മധ്യത്തിലുള്ള കാർബൺ സ്രോതസ്സ് കുറവാണ്), C, N എന്നിവയുടെ "മത്സര സ്ഥാന സിദ്ധാന്തം" അനുസരിച്ച്, വേഫറിന്റെ മധ്യഭാഗത്തുള്ള ഡോപ്പിംഗ് സാന്ദ്രത അരികിലേക്ക് ക്രമേണ കുറയുന്നു, മികച്ച ഏകീകൃതത ലഭിക്കുന്നതിന്, എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പ്രക്രിയയിൽ മധ്യത്തിൽ നിന്ന് അരികിലേക്കുള്ള ഡോപ്പിംഗ് സാന്ദ്രത കുറയുന്നത് മന്ദഗതിയിലാക്കാൻ എഡ്ജ് N2 നഷ്ടപരിഹാരമായി ചേർക്കുന്നു, അങ്ങനെ അന്തിമ ഡോപ്പിംഗ് കോൺസൺട്രേഷൻ കർവ് "W" ആകൃതി അവതരിപ്പിക്കുന്നു.

2.3 എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളി വൈകല്യങ്ങൾ

കനം, ഡോപ്പിംഗ് സാന്ദ്രത എന്നിവയ്‌ക്ക് പുറമേ, എപ്പിറ്റാക്‌സിയൽ പാളി വൈകല്യ നിയന്ത്രണത്തിന്റെ അളവ് എപ്പിറ്റാക്‌സിയൽ വേഫറുകളുടെ ഗുണനിലവാരം അളക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു പ്രധാന പാരാമീറ്ററും എപ്പിറ്റാക്‌സിയൽ ഉപകരണങ്ങളുടെ പ്രോസസ്സ് ശേഷിയുടെ ഒരു പ്രധാന സൂചകവുമാണ്. SBD, MOSFET എന്നിവയ്ക്ക് വൈകല്യങ്ങൾക്ക് വ്യത്യസ്ത ആവശ്യകതകളുണ്ടെങ്കിലും, ഡ്രോപ്പ് വൈകല്യങ്ങൾ, ത്രികോണ വൈകല്യങ്ങൾ, കാരറ്റ് വൈകല്യങ്ങൾ, വാൽനക്ഷത്ര വൈകല്യങ്ങൾ തുടങ്ങിയ കൂടുതൽ വ്യക്തമായ ഉപരിതല രൂപഘടന വൈകല്യങ്ങളെ SBD, MOSFET ഉപകരണങ്ങളുടെ കില്ലർ വൈകല്യങ്ങളായി നിർവചിച്ചിരിക്കുന്നു. ഈ വൈകല്യങ്ങൾ അടങ്ങിയ ചിപ്പുകളുടെ പരാജയ സാധ്യത കൂടുതലാണ്, അതിനാൽ ചിപ്പ് വിളവ് മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിനും ചെലവ് കുറയ്ക്കുന്നതിനും കില്ലർ വൈകല്യങ്ങളുടെ എണ്ണം നിയന്ത്രിക്കുന്നത് വളരെ പ്രധാനമാണ്. 150 mm, 200 mm SiC എപ്പിറ്റാക്‌സിയൽ വേഫറുകളുടെ കില്ലർ വൈകല്യങ്ങളുടെ വിതരണം ചിത്രം 5 കാണിക്കുന്നു. C/Si അനുപാതത്തിൽ വ്യക്തമായ അസന്തുലിതാവസ്ഥ ഇല്ലെങ്കിൽ, കാരറ്റ് വൈകല്യങ്ങളും വാൽനക്ഷത്ര വൈകല്യങ്ങളും അടിസ്ഥാനപരമായി ഇല്ലാതാക്കാൻ കഴിയും, അതേസമയം ഡ്രോപ്പ് വൈകല്യങ്ങളും ത്രികോണ വൈകല്യങ്ങളും എപ്പിറ്റാക്‌സിയൽ ഉപകരണങ്ങളുടെ പ്രവർത്തന സമയത്ത് ശുചിത്വ നിയന്ത്രണവുമായി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു, പ്രതികരണ അറയിലെ ഗ്രാഫൈറ്റ് ഭാഗങ്ങളുടെ അശുദ്ധി നില, അടിവസ്ത്രത്തിന്റെ ഗുണനിലവാരം. പട്ടിക 2 ൽ നിന്ന്, 150 mm, 200 mm എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വേഫറുകളുടെ കില്ലർ ഡിഫെക്റ്റ് ഡെൻസിറ്റി 0.3 കണികകൾ/cm2 നുള്ളിൽ നിയന്ത്രിക്കാൻ കഴിയുമെന്ന് കാണാൻ കഴിയും, ഇത് ഒരേ തരത്തിലുള്ള ഉപകരണങ്ങൾക്ക് മികച്ച ലെവലാണ്. 150 mm എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വേഫറിന്റെ മാരകമായ ഡിഫെക്റ്റ് ഡെൻസിറ്റി കൺട്രോൾ ലെവൽ 200 mm എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വേഫറിനേക്കാൾ മികച്ചതാണ്. കാരണം, 150 mm ന്റെ സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് തയ്യാറാക്കൽ പ്രക്രിയ 200 mm ന്റെതിനേക്കാൾ കൂടുതൽ പക്വതയുള്ളതാണ്, സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് ഗുണനിലവാരം മികച്ചതാണ്, 150 mm ഗ്രാഫൈറ്റ് റിയാക്ഷൻ ചേമ്പറിന്റെ അശുദ്ധി നിയന്ത്രണ ലെവൽ മികച്ചതാണ്.

 

2.4 എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വേഫർ ഉപരിതല പരുക്കൻത

ചിത്രം 6, 150 mm, 200 mm SiC എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വേഫറുകളുടെ ഉപരിതലത്തിന്റെ AFM ചിത്രങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു. 150 mm, 200 mm എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വേഫറുകളുടെ ഉപരിതല റൂട്ട് ശരാശരി ചതുര പരുക്കൻത Ra യഥാക്രമം 0.129 nm ഉം 0.113 nm ഉം ആണെന്ന് ചിത്രത്തിൽ നിന്ന് കാണാൻ കഴിയും, കൂടാതെ വ്യക്തമായ മാക്രോ-സ്റ്റെപ്പ് അഗ്രഗേഷൻ പ്രതിഭാസമില്ലാതെ എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളിയുടെ ഉപരിതലം മിനുസമാർന്നതാണ്. മുഴുവൻ എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പ്രക്രിയയിലും എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളിയുടെ വളർച്ച എല്ലായ്പ്പോഴും സ്റ്റെപ്പ് ഫ്ലോ ഗ്രോത്ത് മോഡ് നിലനിർത്തുന്നുവെന്നും സ്റ്റെപ്പ് അഗ്രഗേഷൻ സംഭവിക്കുന്നില്ലെന്നും ഈ പ്രതിഭാസം കാണിക്കുന്നു. ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്ത എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വളർച്ചാ പ്രക്രിയ ഉപയോഗിക്കുന്നതിലൂടെ, 150 mm, 200 mm ലോ-ആംഗിൾ സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകളിൽ മിനുസമാർന്ന എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളികൾ ലഭിക്കുമെന്ന് കാണാൻ കഴിയും.

 

3 തീരുമാനം

സ്വയം വികസിപ്പിച്ചെടുത്ത 200 mm SiC എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വളർച്ചാ ഉപകരണങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ച് 150 mm, 200 mm 4H-SiC ഹോമോജീനിയസ് എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വേഫറുകൾ ഗാർഹിക അടിവസ്ത്രങ്ങളിൽ വിജയകരമായി തയ്യാറാക്കി, 150 mm, 200 mm എന്നിവയ്ക്ക് അനുയോജ്യമായ ഹോമോജീനിയസ് എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പ്രക്രിയ വികസിപ്പിച്ചെടുത്തു. എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വളർച്ചാ നിരക്ക് 60 μm/h-ൽ കൂടുതലാകാം. ഹൈ-സ്പീഡ് എപ്പിറ്റാക്സി ആവശ്യകത നിറവേറ്റുമ്പോൾ, എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വേഫർ ഗുണനിലവാരം മികച്ചതാണ്. 150 mm, 200 mm SiC എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വേഫറുകളുടെ കനം യൂണിഫോമിറ്റി 1.5%-ൽ നിയന്ത്രിക്കാൻ കഴിയും, സാന്ദ്രത യൂണിഫോമിറ്റി 3%-ൽ താഴെയാണ്, മാരകമായ വൈകല്യ സാന്ദ്രത 0.3 കണികകൾ/cm2-ൽ താഴെയാണ്, എപ്പിറ്റാക്സിയൽ ഉപരിതല പരുക്കൻ റൂട്ട് ശരാശരി സ്ക്വയർ Ra 0.15 nm-ൽ താഴെയാണ്. എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വേഫറുകളുടെ കോർ പ്രോസസ് സൂചകങ്ങൾ വ്യവസായത്തിൽ വികസിത തലത്തിലാണ്.

ഉറവിടം: ഇലക്ട്രോണിക് ഇൻഡസ്ട്രി സ്പെഷ്യൽ എക്യുപ്‌മെന്റ്
രചയിതാവ്: Xie Tianle, Li Ping, Yang Yu, Gong Xiaoliang, Ba Sai, Chen Guoqin, Wan Shengqiang
(48-ാമത് റിസർച്ച് ഇൻസ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട് ഓഫ് ചൈന ഇലക്ട്രോണിക്സ് ടെക്നോളജി ഗ്രൂപ്പ് കോർപ്പറേഷൻ, ചാങ്ഷ, ഹുനാൻ 410111)