२ प्रायोगिक निकाल आणि चर्चा
२.१एपिटॅक्सियल थरजाडी आणि एकरूपता
एपिटॅक्सियल वेफर्सच्या गुणवत्तेचे मूल्यांकन करण्यासाठी एपिटॅक्सियल लेयर जाडी, डोपिंग एकाग्रता आणि एकरूपता हे मुख्य निर्देशकांपैकी एक आहेत. अचूकपणे नियंत्रित करण्यायोग्य जाडी, डोपिंग एकाग्रता आणि वेफरमधील एकरूपता ही कार्यक्षमता आणि सुसंगतता सुनिश्चित करण्याची गुरुकिल्ली आहे.SiC पॉवर उपकरणे, आणि एपिटॅक्सियल थर जाडी आणि डोपिंग एकाग्रता एकरूपता हे देखील एपिटॅक्सियल उपकरणांच्या प्रक्रिया क्षमतेचे मोजमाप करण्यासाठी महत्त्वाचे आधार आहेत.
आकृती ३ मध्ये १५० मिमी आणि २०० मिमी जाडीची एकरूपता आणि वितरण वक्र दाखवले आहे.SiC एपिटॅक्सियल वेफर्स. आकृतीवरून असे दिसून येते की एपिटॅक्सियल लेयर जाडी वितरण वक्र वेफरच्या केंद्रबिंदूभोवती सममितीय आहे. एपिटॅक्सियल प्रक्रियेचा वेळ 600s आहे, 150 मिमी एपिटॅक्सियल वेफरची सरासरी एपिटॅक्सियल लेयर जाडी 10.89 um आहे आणि जाडीची एकरूपता 1.05% आहे. गणनानुसार, एपिटॅक्सियल वाढीचा दर 65.3 um/h आहे, जो एक सामान्य जलद एपिटॅक्सियल प्रक्रियेचा स्तर आहे. त्याच एपिटॅक्सियल प्रक्रियेच्या वेळेनुसार, 200 मिमी एपिटॅक्सियल वेफरची एपिटॅक्सियल लेयर जाडी 10.10 um आहे, जाडीची एकरूपता 1.36% च्या आत आहे आणि एकूण वाढीचा दर 60.60 um/h आहे, जो 150 मिमी एपिटॅक्सियल वाढीच्या दरापेक्षा किंचित कमी आहे. कारण जेव्हा सिलिकॉन स्रोत आणि कार्बन स्रोत प्रतिक्रिया कक्षाच्या वरच्या प्रवाहापासून वेफर पृष्ठभागातून प्रतिक्रिया कक्षाच्या डाउनस्ट्रीमकडे वाहतात आणि २०० मिमी वेफर क्षेत्र १५० मिमीपेक्षा मोठे असते तेव्हा वाटेत स्पष्ट नुकसान होते. २०० मिमी वेफरच्या पृष्ठभागावरून जास्त अंतरापर्यंत वायू वाहतो आणि वाटेत वापरला जाणारा स्त्रोत वायू जास्त असतो. जर वेफर फिरत राहिला तर एपिटॅक्सियल थराची एकूण जाडी पातळ असते, त्यामुळे वाढीचा दर कमी असतो. एकूणच, १५० मिमी आणि २०० मिमी एपिटॅक्सियल वेफर्सची जाडी एकरूपता उत्कृष्ट असते आणि उपकरणांची प्रक्रिया क्षमता उच्च-गुणवत्तेच्या उपकरणांच्या आवश्यकता पूर्ण करू शकते.
२.२ एपिटॅक्सियल थर डोपिंग एकाग्रता आणि एकरूपता
आकृती ४ मध्ये १५० मिमी आणि २०० मिमी डोपिंग एकाग्रता एकरूपता आणि वक्र वितरण दर्शविले आहे.SiC एपिटॅक्सियल वेफर्स. आकृतीवरून दिसून येते की, एपिटॅक्सियल वेफरवरील एकाग्रता वितरण वक्र वेफरच्या केंद्राच्या सापेक्ष स्पष्ट सममिती आहे. १५० मिमी आणि २०० मिमी एपिटॅक्सियल थरांची डोपिंग एकाग्रता एकरूपता अनुक्रमे २.८०% आणि २.६६% आहे, जी ३% च्या आत नियंत्रित केली जाऊ शकते, जी समान आंतरराष्ट्रीय उपकरणांसाठी एक उत्कृष्ट पातळी आहे. एपिटॅक्सियल थराचा डोपिंग एकाग्रता वक्र व्यासाच्या दिशेने "W" आकारात वितरीत केला जातो, जो प्रामुख्याने क्षैतिज गरम भिंतीच्या एपिटॅक्सियल भट्टीच्या प्रवाह क्षेत्राद्वारे निर्धारित केला जातो, कारण क्षैतिज एअरफ्लो एपिटॅक्सियल ग्रोथ फर्नेसची वायुप्रवाह दिशा एअर इनलेट एंड (अपस्ट्रीम) पासून असते आणि डाउनस्ट्रीम एंडमधून वेफर पृष्ठभागावरून लॅमिनर पद्धतीने बाहेर वाहते; कार्बन स्रोताचा "अलॉन्ग-द-वे डिप्लेशन" दर (C2H4) सिलिकॉन स्रोताच्या (TCS) पेक्षा जास्त असल्याने, जेव्हा वेफर फिरतो तेव्हा वेफर पृष्ठभागावरील प्रत्यक्ष C/Si हळूहळू काठापासून मध्यभागी कमी होते (मध्यभागी कार्बन स्रोत कमी असतो), C आणि N च्या "स्पर्धात्मक स्थिती सिद्धांत" नुसार, वेफरच्या मध्यभागी डोपिंग एकाग्रता हळूहळू काठाकडे कमी होते, उत्कृष्ट एकाग्रता एकरूपता मिळविण्यासाठी, एपिटॅक्सियल प्रक्रियेदरम्यान भरपाई म्हणून धार N2 जोडली जाते जेणेकरून केंद्रापासून काठापर्यंत डोपिंग एकाग्रतेतील घट कमी होईल, जेणेकरून अंतिम डोपिंग एकाग्रता वक्र "W" आकार सादर करेल.
२.३ एपिटॅक्सियल थर दोष
जाडी आणि डोपिंग एकाग्रतेव्यतिरिक्त, एपिटॅक्सियल लेयर डिफेक्ट कंट्रोलची पातळी देखील एपिटॅक्सियल वेफर्सची गुणवत्ता मोजण्यासाठी एक मुख्य पॅरामीटर आहे आणि एपिटॅक्सियल उपकरणांच्या प्रक्रिया क्षमतेचे एक महत्त्वाचे सूचक आहे. जरी SBD आणि MOSFET मध्ये दोषांसाठी वेगवेगळ्या आवश्यकता आहेत, तरी ड्रॉप डिफेक्ट, ट्रँगल डिफेक्ट, गाजर डिफेक्ट, कॉमेट डिफेक्ट इत्यादी अधिक स्पष्ट पृष्ठभाग आकारविज्ञान दोषांना SBD आणि MOSFET उपकरणांचे किलर डिफेक्ट म्हणून परिभाषित केले आहे. या दोष असलेल्या चिप्सच्या अपयशाची शक्यता जास्त आहे, म्हणून चिप उत्पन्न सुधारण्यासाठी आणि खर्च कमी करण्यासाठी किलर डिफेक्टची संख्या नियंत्रित करणे अत्यंत महत्वाचे आहे. आकृती 5 150 मिमी आणि 200 मिमी SiC एपिटॅक्सियल वेफर्सच्या किलर डिफेक्टचे वितरण दर्शवते. C/Si गुणोत्तरात कोणतेही स्पष्ट असंतुलन नसल्याच्या स्थितीत, गाजर डिफेक्ट आणि कॉमेट डिफेक्ट मुळात दूर केले जाऊ शकतात, तर ड्रॉप डिफेक्ट आणि ट्रँगल डिफेक्ट एपिटॅक्सियल उपकरणांच्या ऑपरेशन दरम्यान स्वच्छता नियंत्रणाशी, रिअॅक्शन चेंबरमधील ग्रेफाइट भागांच्या अशुद्धतेची पातळी आणि सब्सट्रेटच्या गुणवत्तेशी संबंधित आहेत. तक्ता २ वरून, असे दिसून येते की १५० मिमी आणि २०० मिमी एपिटॅक्सियल वेफर्सची किलर डिफेक्ट डेन्सिटी ०.३ कण/सेमी२ च्या आत नियंत्रित केली जाऊ शकते, जी एकाच प्रकारच्या उपकरणांसाठी एक उत्कृष्ट पातळी आहे. १५० मिमी एपिटॅक्सियल वेफरची घातक डिफेक्ट डेन्सिटी कंट्रोल लेव्हल २०० मिमी एपिटॅक्सियल वेफरपेक्षा चांगली आहे. याचे कारण असे की १५० मिमीची सब्सट्रेट तयार करण्याची प्रक्रिया २०० मिमीपेक्षा अधिक परिपक्व आहे, सब्सट्रेटची गुणवत्ता चांगली आहे आणि १५० मिमी ग्रेफाइट रिअॅक्शन चेंबरची अशुद्धता कंट्रोल लेव्हल चांगली आहे.
२.४ एपिटॅक्सियल वेफर पृष्ठभागाची खडबडीतपणा
आकृती ६ मध्ये १५० मिमी आणि २०० मिमी SiC एपिटॅक्सियल वेफर्सच्या पृष्ठभागाच्या AFM प्रतिमा दाखवल्या आहेत. आकृतीवरून असे दिसून येते की १५० मिमी आणि २०० मिमी एपिटॅक्सियल वेफर्सच्या पृष्ठभागाच्या मुळाचा सरासरी चौरस खडबडीतपणा Ra अनुक्रमे ०.१२९ एनएम आणि ०.११३ एनएम आहे आणि एपिटॅक्सियल लेयरची पृष्ठभाग स्पष्ट मॅक्रो-स्टेप अॅग्रीगेशन इंद्रियगोचरशिवाय गुळगुळीत आहे. ही घटना दर्शवते की एपिटॅक्सियल लेयरची वाढ संपूर्ण एपिटॅक्सियल प्रक्रियेदरम्यान नेहमीच स्टेप फ्लो ग्रोथ मोड राखते आणि कोणतेही स्टेप अॅग्रीगेशन होत नाही. हे पाहिले जाऊ शकते की ऑप्टिमाइझ केलेल्या एपिटॅक्सियल ग्रोथ प्रक्रियेचा वापर करून, १५० मिमी आणि २०० मिमी लो-अँगल सब्सट्रेट्सवर गुळगुळीत एपिटॅक्सियल लेयर मिळवता येतात.
३ निष्कर्ष
१५० मिमी आणि २०० मिमी ४H-SiC एकरूप एपिटॅक्सियल वेफर्स हे स्वयं-विकसित २०० मिमी SiC एपिटॅक्सियल ग्रोथ उपकरणांचा वापर करून घरगुती सब्सट्रेट्सवर यशस्वीरित्या तयार केले गेले आणि १५० मिमी आणि २०० मिमीसाठी योग्य एकरूप एपिटॅक्सियल प्रक्रिया विकसित केली गेली. एपिटॅक्सियल वाढीचा दर ६० μm/h पेक्षा जास्त असू शकतो. हाय-स्पीड एपिटॅक्सि आवश्यकता पूर्ण करताना, एपिटॅक्सियल वेफर्सची गुणवत्ता उत्कृष्ट आहे. १५० मिमी आणि २०० मिमी SiC एपिटॅक्सियल वेफर्सची जाडी एकरूपता १.५% च्या आत नियंत्रित केली जाऊ शकते, एकाग्रता एकरूपता ३% पेक्षा कमी आहे, घातक दोष घनता ०.३ कण/सेमी२ पेक्षा कमी आहे आणि एपिटॅक्सियल पृष्ठभाग खडबडीतपणा मूळ सरासरी चौरस Ra ०.१५ nm पेक्षा कमी आहे. एपिटॅक्सियल वेफर्सचे मुख्य प्रक्रिया निर्देशक उद्योगात प्रगत स्तरावर आहेत.
स्रोत: इलेक्ट्रॉनिक उद्योग विशेष उपकरणे
लेखक: Xie Tianle, Li Ping, Yang Yu, Gong Xiaoliang, Ba Sai, Chen Guoqin, Wan Shengqiang
(चायना इलेक्ट्रॉनिक्स टेक्नॉलॉजी ग्रुप कॉर्पोरेशनची ४८ वी रिसर्च इन्स्टिट्यूट, चांग्शा, हुनान ४१०१११)
पोस्ट वेळ: सप्टेंबर-०४-२०२४