2 Experimentele resultaten en discussie
2.1Epitaxiale laagdikte en uniformiteit
Epitaxiale laagdikte, dopingconcentratie en uniformiteit zijn een van de belangrijkste indicatoren voor het beoordelen van de kwaliteit van epitaxiale wafers. Een nauwkeurig regelbare dikte, dopingconcentratie en uniformiteit binnen de wafer zijn essentieel voor het garanderen van de prestaties en consistentie van de wafer.SiC-vermogensapparaten, en de dikte van de epitaxiale laag en de uniformiteit van de dopingconcentratie vormen ook belangrijke grondslagen voor het meten van de procescapaciteit van epitaxiale apparatuur.
Figuur 3 toont de dikte-uniformiteit en verdelingscurve van 150 mm en 200 mmSiC epitaxiale wafersUit de afbeelding blijkt dat de curve van de epitaxiale laagdikteverdeling symmetrisch is ten opzichte van het middelpunt van de wafer. De epitaxiale procestijd bedraagt 600 s, de gemiddelde epitaxiale laagdikte van de epitaxiale wafer van 150 mm is 10,89 µm en de dikte-uniformiteit is 1,05%. Berekend is de epitaxiale groeisnelheid 65,3 µm/u, wat een typisch snel epitaxiaal procesniveau is. Bij dezelfde epitaxiale procestijd bedraagt de epitaxiale laagdikte van de epitaxiale wafer van 200 mm 10,10 µm, ligt de dikte-uniformiteit binnen 1,36% en bedraagt de totale groeisnelheid 60,60 µm/u, wat iets lager is dan de epitaxiale groeisnelheid van 150 mm. Dit komt doordat er sprake is van een duidelijk verlies onderweg wanneer de silicium- en koolstofbron van de stroomopwaartse kant van de reactiekamer door het waferoppervlak naar de stroomafwaartse kant van de reactiekamer stromen, en het waferoppervlak van 200 mm groter is dan dat van 150 mm. Het gas stroomt over een grotere afstand door het oppervlak van de wafer van 200 mm en het brongasverbruik is groter. Onder de voorwaarde dat de wafer blijft roteren, is de totale dikte van de epitaxiale laag dunner, waardoor de groeisnelheid lager is. Over het algemeen is de dikte-uniformiteit van epitaxiale wafers van 150 mm en 200 mm uitstekend en voldoet de procescapaciteit van de apparatuur aan de eisen van hoogwaardige apparaten.
2.2 Dopingconcentratie en uniformiteit van de epitaxiale laag
Figuur 4 toont de uniformiteit van de dopingconcentratie en de curveverdeling van 150 mm en 200 mmSiC epitaxiale wafersZoals te zien is in de figuur, vertoont de concentratieverdelingscurve op de epitaxiale wafer een duidelijke symmetrie ten opzichte van het midden van de wafer. De uniformiteit van de doteringsconcentratie van de epitaxiale lagen van 150 mm en 200 mm bedraagt respectievelijk 2,80% en 2,66%, wat binnen 3% kan worden geregeld, wat een uitstekend niveau is voor vergelijkbare internationale apparatuur. De doteringsconcentratiecurve van de epitaxiale laag is verdeeld in een "W"-vorm langs de diameterrichting, die voornamelijk wordt bepaald door het stromingsveld van de horizontale epitaxiale oven met hete wand, omdat de luchtstroomrichting van de horizontale epitaxiale groeioven met luchtstroom vanaf de luchtinlaat (stroomopwaarts) komt en vanaf de stroomafwaartse kant op laminaire wijze door het waferoppervlak stroomt; omdat de "always depletion"-snelheid van de koolstofbron (C2H4) hoger is dan die van de siliciumbron (TCS), neemt de werkelijke C/Si op het waferoppervlak geleidelijk af van de rand naar het midden wanneer de wafer roteert (de koolstofbron in het midden is kleiner). Volgens de "competitieve positietheorie" van C en N neemt de dopingconcentratie in het midden van de wafer geleidelijk af naar de rand toe. Om een uitstekende concentratie-uniformiteit te verkrijgen, wordt aan de rand N2 toegevoegd als compensatie tijdens het epitaxiale proces om de afname van de dopingconcentratie van het midden naar de rand te vertragen, zodat de uiteindelijke dopingconcentratiecurve een "W"-vorm vertoont.
2.3 Epitaxiale laagdefecten
Naast de dikte en dopingconcentratie is de mate van controle op epitaxiale laagdefecten ook een kernparameter voor het meten van de kwaliteit van epitaxiale wafers en een belangrijke indicator voor de procescapaciteit van epitaxiale apparatuur. Hoewel SBD en MOSFET verschillende eisen stellen aan defecten, worden de meer voor de hand liggende defecten in de oppervlaktemorfologie, zoals druppeldefecten, driehoekdefecten, worteldefecten, komeetdefecten, enz., gedefinieerd als killerdefecten van SBD- en MOSFET-apparaten. De kans op falen van chips met deze defecten is hoog, dus het beheersen van het aantal killerdefecten is uiterst belangrijk om de chipopbrengst te verbeteren en de kosten te verlagen. Figuur 5 toont de verdeling van killerdefecten van 150 mm en 200 mm SiC epitaxiale wafers. Onder de voorwaarde dat er geen duidelijke onbalans is in de C/Si-verhouding, kunnen worteldefecten en komeetdefecten in principe worden geëlimineerd, terwijl druppeldefecten en driehoekdefecten verband houden met de reinheidscontrole tijdens de werking van epitaxiale apparatuur, het verontreinigingsniveau van grafietonderdelen in de reactiekamer en de kwaliteit van het substraat. Uit tabel 2 blijkt dat de dichtheid van de killerdefecten van epitaxiale wafers van 150 mm en 200 mm binnen 0,3 deeltjes/cm² kan worden gehouden, wat een uitstekend niveau is voor hetzelfde type apparatuur. De dichtheid van de fatale defecten van epitaxiale wafers van 150 mm is beter dan die van epitaxiale wafers van 200 mm. Dit komt doordat het substraatvoorbereidingsproces van 150 mm verder is ontwikkeld dan dat van 200 mm, de substraatkwaliteit beter is en de verontreinigingscontrole van de grafietreactiekamer van 150 mm beter is.
2.4 Epitaxiale waferoppervlakteruwheid
Figuur 6 toont de AFM-beelden van het oppervlak van 150 mm en 200 mm SiC epitaxiale wafers. Uit de afbeelding blijkt dat de oppervlakte-gemiddelde kwadratische ruwheid Ra van 150 mm en 200 mm epitaxiale wafers respectievelijk 0,129 nm en 0,113 nm bedraagt, en dat het oppervlak van de epitaxiale laag glad is zonder duidelijke macrostapaggregatieverschijnselen. Dit verschijnsel toont aan dat de groei van de epitaxiale laag gedurende het gehele epitaxiale proces altijd de stapsgewijze groeimodus handhaaft en dat er geen stapsgewijze aggregatie optreedt. Door gebruik te maken van het geoptimaliseerde epitaxiale groeiproces, kunnen gladde epitaxiale lagen worden verkregen op substraten met een lage hoek van 150 mm en 200 mm.
3 Conclusie
De 150 mm en 200 mm 4H-SiC homogene epitaxiale wafers werden succesvol geprepareerd op binnenlandse substraten met behulp van de zelfontwikkelde 200 mm SiC epitaxiale groeiapparatuur, en het homogene epitaxiale proces, geschikt voor 150 mm en 200 mm, werd ontwikkeld. De epitaxiale groeisnelheid kan hoger zijn dan 60 μm/u. Terwijl voldaan wordt aan de hogesnelheidsepitaxie-eisen, is de epitaxiale waferkwaliteit uitstekend. De dikte-uniformiteit van de 150 mm en 200 mm SiC epitaxiale wafers kan worden geregeld binnen 1,5%, de concentratie-uniformiteit is minder dan 3%, de fatale defectdichtheid is minder dan 0,3 deeltjes/cm² en de root mean square Ra van de epitaxiale oppervlakteruwheid is minder dan 0,15 nm. De kernprocesindicatoren van de epitaxiale wafers bevinden zich op een geavanceerd niveau in de industrie.
Bron: Speciale apparatuur voor de elektronische industrie
Auteur: Xie Tianle, Li Ping, Yang Yu, Gong Xiaoliang, Ba Sai, Chen Guoqin, Wan Shengqiang
(48e onderzoeksinstituut van China Electronics Technology Group Corporation, Changsha, Hunan 410111)
Plaatsingstijd: 04-09-2024