८-इंची एसआयसी एपिटॅक्सियल फर्नेस आणि होमोएपिटॅक्सियल प्रक्रियेवरील संशोधन-२

 

२ प्रायोगिक निष्कर्ष आणि चर्चा

२.१एपिटॅक्सियल थरजाडी आणि एकसमानता

एपिटॅक्सियल थराची जाडी, डोपिंगची संहती आणि एकसमानता हे एपिटॅक्सियल वेफर्सची गुणवत्ता तपासण्यासाठीच्या मुख्य निर्देशकांपैकी एक आहेत. वेफरमधील जाडी, डोपिंगची संहती आणि एकसमानता अचूकपणे नियंत्रित करणे, हे कार्यक्षमता आणि सातत्य सुनिश्चित करण्याची गुरुकिल्ली आहे.एसआयसी पॉवर डिव्हाइसेसआणि एपिटॅक्सियल थराची जाडी आणि डोपिंग एकाग्रतेची एकसमानता हे देखील एपिटॅक्सियल उपकरणाच्या प्रक्रिया क्षमतेचे मोजमाप करण्यासाठी महत्त्वाचे आधार आहेत.

आकृती ३ मध्ये १५० मिमी आणि २०० मिमी जाडीची एकसमानता आणि वितरण वक्र दाखवला आहे.एसआयसी एपिटॅक्सियल वेफर्सआकृतीवरून असे दिसून येते की एपिटॅक्सियल थराच्या जाडीच्या वितरणाचा वक्र वेफरच्या मध्यबिंदूभोवती सममित आहे. एपिटॅक्सियल प्रक्रियेचा वेळ ६०० सेकंद आहे, १५० मिमी एपिटॅक्सियल वेफरच्या थराची सरासरी जाडी १०.८९ मायक्रॉन आहे आणि जाडीची एकसमानता १.०५% आहे. गणनेनुसार, एपिटॅक्सियल वाढीचा दर ६५.३ मायक्रॉन/तास आहे, जो एका वेगवान एपिटॅक्सियल प्रक्रियेचा वैशिष्ट्यपूर्ण स्तर आहे. त्याच एपिटॅक्सियल प्रक्रियेच्या वेळेत, २०० मिमी एपिटॅक्सियल वेफरच्या थराची जाडी १०.१० मायक्रॉन आहे, जाडीची एकसमानता १.३६% च्या आत आहे आणि एकूण वाढीचा दर ६०.६० मायक्रॉन/तास आहे, जो १५० मिमी एपिटॅक्सियल वाढीच्या दरापेक्षा किंचित कमी आहे. याचे कारण असे आहे की, जेव्हा सिलिकॉन स्रोत आणि कार्बन स्रोत रिॲक्शन चेंबरच्या अपस्ट्रीमपासून वेफरच्या पृष्ठभागातून डाउनस्ट्रीमपर्यंत वाहतात, तेव्हा मार्गात स्पष्ट नुकसान होते आणि २०० मिमी वेफरचे क्षेत्रफळ १५० मिमी पेक्षा मोठे असते. वायू २०० मिमी वेफरच्या पृष्ठभागातून जास्त अंतरासाठी वाहतो आणि मार्गात वापरल्या जाणाऱ्या स्रोत वायूचे प्रमाण जास्त असते. वेफर सतत फिरत राहण्याच्या स्थितीत, एपिटॅक्सियल थराची एकूण जाडी कमी असते, त्यामुळे वाढीचा दर मंदावतो. एकूणच, १५० मिमी आणि २०० मिमी एपिटॅक्सियल वेफर्सची जाडीची एकसमानता उत्कृष्ट आहे आणि उपकरणाची प्रक्रिया क्षमता उच्च-गुणवत्तेच्या उपकरणांच्या गरजा पूर्ण करू शकते.

 

२.२ एपिटॅक्सियल थरातील डोपिंगची सांद्रता आणि एकसमानता

आकृती ४ मध्ये १५० मिमी आणि २०० मिमीच्या डोपिंग सांद्रतेची एकसमानता आणि वक्र वितरण दाखवले आहे.एसआयसी एपिटॅक्सियल वेफर्सआकृतीवरून पाहिल्याप्रमाणे, एपिटॅक्सियल वेफरवरील सांद्रता वितरण वक्रामध्ये वेफरच्या केंद्राच्या सापेक्ष स्पष्ट समरूपता आहे. १५० मिमी आणि २०० मिमी एपिटॅक्सियल थरांची डोपिंग सांद्रता एकसमानता अनुक्रमे २.८०% आणि २.६६% आहे, जी ३% च्या आत नियंत्रित केली जाऊ शकते, जे समान आंतरराष्ट्रीय उपकरणांसाठी एक उत्कृष्ट स्तर आहे. एपिटॅक्सियल थराचा डोपिंग सांद्रता वक्र व्यासाच्या दिशेने "W" आकारात वितरित आहे, जे प्रामुख्याने क्षैतिज हॉट वॉल एपिटॅक्सियल फर्नेसच्या प्रवाह क्षेत्राद्वारे निर्धारित केले जाते, कारण क्षैतिज एअरफ्लो एपिटॅक्सियल ग्रोथ फर्नेसची हवेच्या प्रवाहाची दिशा एअर इनलेट टोकापासून (अपस्ट्रीम) सुरू होते आणि डाउनस्ट्रीम टोकापासून वेफरच्या पृष्ठभागातून लॅमिनार पद्धतीने बाहेर वाहते; कारण कार्बन स्रोताचा (C2H4) "वाटेत होणारा क्षय" दर सिलिकॉन स्रोतापेक्षा (TCS) जास्त आहे, जेव्हा वेफर फिरते, तेव्हा वेफरच्या पृष्ठभागावरील प्रत्यक्ष C/Si प्रमाण कडेपासून केंद्राकडे हळूहळू कमी होते (केंद्रात कार्बन स्रोत कमी असतो), C आणि N च्या "स्पर्धात्मक स्थिती सिद्धांतानुसार", वेफरच्या केंद्रातील डोपिंग सांद्रता कडेकडे हळूहळू कमी होते, उत्कृष्ट सांद्रता एकसमानता मिळविण्यासाठी, एपिटॅक्सियल प्रक्रियेदरम्यान कडेच्या N2 ला भरपाई म्हणून जोडले जाते जेणेकरून केंद्रापासून कडेपर्यंत डोपिंग सांद्रतेतील घट मंदावेल, ज्यामुळे अंतिम डोपिंग सांद्रता वक्र "W" आकाराचा दिसतो.

२.३ एपिटॅक्सियल थरातील दोष

जाडी आणि डोपिंग एकाग्रतेव्यतिरिक्त, एपिटॅक्सियल लेयरमधील दोष नियंत्रणाची पातळी देखील एपिटॅक्सियल वेफर्सची गुणवत्ता मोजण्यासाठी एक मुख्य मापदंड आहे आणि एपिटॅक्सियल उपकरणांच्या प्रक्रिया क्षमतेचा एक महत्त्वाचा निर्देशक आहे. जरी SBD आणि MOSFET साठी दोषांच्या बाबतीत वेगवेगळ्या आवश्यकता असल्या तरी, ड्रॉप डिफेक्ट्स, ट्रँगल डिफेक्ट्स, कॅरट डिफेक्ट्स, कॉमेट डिफेक्ट्स इत्यादींसारखे अधिक स्पष्ट पृष्ठभागीय आकारशास्त्रीय दोष SBD आणि MOSFET उपकरणांचे 'किलर डिफेक्ट्स' म्हणून परिभाषित केले जातात. हे दोष असलेल्या चिप्सच्या अयशस्वी होण्याची शक्यता जास्त असते, त्यामुळे चिपचे उत्पादन वाढवण्यासाठी आणि खर्च कमी करण्यासाठी किलर डिफेक्ट्सच्या संख्येवर नियंत्रण ठेवणे अत्यंत महत्त्वाचे आहे. आकृती ५ मध्ये १५० मिमी आणि २०० मिमी SiC एपिटॅक्सियल वेफर्समधील किलर डिफेक्ट्सचे वितरण दर्शविले आहे. C/Si गुणोत्तरात कोणताही स्पष्ट असमतोल नसल्यास, कॅरट डिफेक्ट्स आणि कॉमेट डिफेक्ट्स मूलतः नाहीसे केले जाऊ शकतात, तर ड्रॉप डिफेक्ट्स आणि ट्रँगल डिफेक्ट्स हे एपिटॅक्सियल उपकरणांच्या कार्यादरम्यानचे स्वच्छता नियंत्रण, रिॲक्शन चेंबरमधील ग्रॅफाइट भागांची अशुद्धता पातळी आणि सबस्ट्रेटच्या गुणवत्तेशी संबंधित आहेत. तक्ता २ वरून असे दिसून येते की, १५० मिमी आणि २०० मिमी एपिटॅक्सियल वेफर्समधील घातक दोषांची घनता ०.३ कण/सेमी² च्या आत नियंत्रित केली जाऊ शकते, जी त्याच प्रकारच्या उपकरणांसाठी एक उत्कृष्ट पातळी आहे. १५० मिमी एपिटॅक्सियल वेफरची घातक दोष घनता नियंत्रणाची पातळी २०० मिमी एपिटॅक्सियल वेफरपेक्षा चांगली आहे. याचे कारण असे की, १५० मिमीची सबस्ट्रेट तयार करण्याची प्रक्रिया २०० मिमीपेक्षा अधिक प्रगत आहे, सबस्ट्रेटची गुणवत्ता उत्तम आहे आणि १५० मिमी ग्रॅफाइट रिॲक्शन चेंबरमधील अशुद्धता नियंत्रणाची पातळी अधिक चांगली आहे.

 

२.४ एपिटॅक्सियल वेफर पृष्ठभागाची खडबड

आकृती ६ मध्ये १५० मिमी आणि २०० मिमी एसआयसी एपिटॅक्सियल वेफर्सच्या पृष्ठभागाच्या एएफएम प्रतिमा दर्शविल्या आहेत. आकृतीवरून असे दिसून येते की, १५० मिमी आणि २०० मिमी एपिटॅक्सियल वेफर्सच्या पृष्ठभागाची रूट मीन स्क्वेअर रफनेस (Ra) अनुक्रमे ०.१२९ एनएम आणि ०.११३ एनएम आहे, आणि एपिटॅक्सियल थराचा पृष्ठभाग गुळगुळीत असून त्यावर मोठ्या-पायऱ्यांच्या एकत्रीकरणाची कोणतीही स्पष्ट घटना दिसून येत नाही. ही घटना दर्शवते की, संपूर्ण एपिटॅक्सियल प्रक्रियेदरम्यान एपिटॅक्सियल थराची वाढ नेहमी स्टेप फ्लो ग्रोथ मोड कायम ठेवते आणि पायऱ्यांचे एकत्रीकरण होत नाही. यावरून असे दिसून येते की, अनुकूलित एपिटॅक्सियल वाढ प्रक्रियेचा वापर करून, १५० मिमी आणि २०० मिमी कमी-कोनीय सब्सट्रेट्सवर गुळगुळीत एपिटॅक्सियल थर मिळवता येतात.

 

३ निष्कर्ष

स्व-विकसित २०० मिमी SiC एपिटॅक्सियल ग्रोथ उपकरणाचा वापर करून, देशांतर्गत सबस्ट्रेट्सवर १५० मिमी आणि २०० मिमी 4H-SiC होमोजिनियस एपिटॅक्सियल वेफर्स यशस्वीरित्या तयार करण्यात आले आणि १५० मिमी व २०० मिमीसाठी योग्य अशी होमोजिनियस एपिटॅक्सियल प्रक्रिया विकसित करण्यात आली. एपिटॅक्सियल वाढीचा दर ६० μm/h पेक्षा जास्त असू शकतो. उच्च-गती एपिटॅक्सीची आवश्यकता पूर्ण करताना, एपिटॅक्सियल वेफरची गुणवत्ता उत्कृष्ट आहे. १५० मिमी आणि २०० मिमी SiC एपिटॅक्सियल वेफर्सची जाडीची एकसमानता १.५% च्या आत नियंत्रित केली जाऊ शकते, सांद्रतेची एकसमानता ३% पेक्षा कमी आहे, घातक दोषांची घनता ०.३ कण/सेमी² पेक्षा कमी आहे आणि एपिटॅक्सियल पृष्ठभागाच्या खडबडीतपणाचे रूट मीन स्क्वेअर Ra ०.१५ nm पेक्षा कमी आहे. एपिटॅक्सियल वेफर्सचे मुख्य प्रक्रिया निर्देशक उद्योगातील प्रगत स्तरावर आहेत.

स्रोत: इलेक्ट्रॉनिक इंडस्ट्री स्पेशल इक्विपमेंट
लेखक: Xie Tianle, Li Ping, Yang Yu, Gong Xiaoliang, Ba Sai, Chen Guoqin, Wan Shengqiang
(चायना इलेक्ट्रॉनिक्स टेक्नॉलॉजी ग्रुप कॉर्पोरेशनचे ४८ वे संशोधन संस्था, चांग्शा, हुनान ४१०१११)