2 Eksperimentelle resultater og diskusjon
2.1Epitaksialt lagtykkelse og ensartethet
Epitaksial lagtykkelse, dopingkonsentrasjon og ensartethet er en av kjerneindikatorene for å bedømme kvaliteten på epitaksiale wafere. Nøyaktig kontrollerbar tykkelse, dopingkonsentrasjon og ensartethet i waferen er nøkkelen til å sikre ytelse og konsistens.SiC-strømforsyninger, og epitaksial lagtykkelse og dopingkonsentrasjonsensartethet er også viktige grunnlag for å måle prosesskapasiteten til epitaksialt utstyr.
Figur 3 viser tykkelsesuniformiteten og fordelingskurven for 150 mm og 200 mmSiC epitaksiale wafereDet fremgår av figuren at den epitaksiale lagtykkelsesfordelingskurven er symmetrisk om waferens midtpunkt. Den epitaksiale prosesstiden er 600 sekunder, den gjennomsnittlige epitaksiale lagtykkelsen for den 150 mm epitaksiale waferen er 10,89 um, og tykkelsesjevnheten er 1,05 %. Beregning viser at den epitaksiale vekstraten er 65,3 um/t, som er et typisk raskt epitaksialprosessnivå. Under samme epitaksiale prosesstid er den epitaksiale lagtykkelsen for den 200 mm epitaksiale waferen 10,10 um, tykkelsesjevnheten er innenfor 1,36 %, og den totale vekstraten er 60,60 um/t, som er litt lavere enn den epitaksiale vekstraten på 150 mm. Dette skyldes at det er et tydelig tap underveis når silisiumkilden og karbonkilden strømmer fra oppstrømssiden av reaksjonskammeret gjennom waferoverflaten til nedstrømssiden av reaksjonskammeret, og waferområdet på 200 mm er større enn på 150 mm. Gassen strømmer gjennom overflaten av 200 mm-waferen over en lengre avstand, og kildegassen som forbrukes underveis er mer. Under forutsetning av at waferen fortsetter å rotere, er den totale tykkelsen på det epitaksiale laget tynnere, slik at veksthastigheten er lavere. Totalt sett er tykkelsesjevnheten til 150 mm og 200 mm epitaksiale wafere utmerket, og prosesseringskapasiteten til utstyret kan oppfylle kravene til enheter av høy kvalitet.
2.2 Dopingkonsentrasjon og ensartethet i epitaksiallaget
Figur 4 viser dopingkonsentrasjonens ensartethet og kurvefordeling for 150 mm og 200 mmSiC epitaksiale wafereSom det fremgår av figuren, har konsentrasjonsfordelingskurven på den epitaksiale waferen tydelig symmetri i forhold til waferens sentrum. Dopingkonsentrasjonens ensartethet for de 150 mm og 200 mm epitaksiale lagene er henholdsvis 2,80 % og 2,66 %, som kan kontrolleres innenfor 3 %, noe som er et utmerket nivå for lignende internasjonalt utstyr. Dopingkonsentrasjonskurven for det epitaksiale laget er fordelt i en "W"-form langs diameterretningen, som hovedsakelig bestemmes av strømningsfeltet til den horisontale varmveggede epitaksiale ovnen, fordi luftstrømningsretningen til den horisontale luftstrøms-epitaksiale vekstovnen er fra luftinnløpsenden (oppstrøms) og strømmer ut fra nedstrømsenden på en laminær måte gjennom waferoverflaten; Fordi "underveis-uttømmingshastigheten" for karbonkilden (C2H4) er høyere enn for silisiumkilden (TCS), når waferen roterer, avtar den faktiske C/Si på waferoverflaten gradvis fra kanten til midten (karbonkilden i midten er mindre). I henhold til "konkurranseposisjonsteorien" for C og N, avtar dopingkonsentrasjonen i midten av waferen gradvis mot kanten. For å oppnå utmerket konsentrasjonseenform, legges kanten N2 til som kompensasjon under den epitaksiale prosessen for å bremse nedgangen i dopingkonsentrasjon fra midten til kanten, slik at den endelige dopingkonsentrasjonskurven viser en "W"-form.
2.3 Defekter i epitaksiale lag
I tillegg til tykkelse og dopingkonsentrasjon er nivået av kontroll av epitaksiale lagdefekter også en kjerneparameter for å måle kvaliteten på epitaksiale wafere og en viktig indikator på prosesskapasiteten til epitaksialutstyr. Selv om SBD og MOSFET har forskjellige krav til defekter, er de mer åpenbare overflatemorfologiske defektene som dråpedefekter, trekantdefekter, gulrotdefekter, kometdefekter osv. definert som killerdefekter for SBD- og MOSFET-enheter. Sannsynligheten for svikt i brikker som inneholder disse defektene er høy, så det er ekstremt viktig å kontrollere antall killerdefekter for å forbedre brikutbyttet og redusere kostnadene. Figur 5 viser fordelingen av killerdefekter for 150 mm og 200 mm SiC epitaksiale wafere. Under forutsetning av at det ikke er noen åpenbar ubalanse i C/Si-forholdet, kan gulrotdefekter og kometdefekter i utgangspunktet elimineres, mens dråpedefekter og trekantdefekter er relatert til renhetskontrollen under drift av epitaksialutstyr, urenhetsnivået til grafittdeler i reaksjonskammeret og kvaliteten på substratet. Fra tabell 2 kan man se at tettheten av dødelige defekter for epitaksiale wafere på 150 mm og 200 mm kan kontrolleres innenfor 0,3 partikler/cm2, som er et utmerket nivå for samme type utstyr. Kontrollnivået for tettheten av dødelige defekter for en epitaksial wafer på 150 mm er bedre enn for en epitaksial wafer på 200 mm. Dette skyldes at substratforberedelsesprosessen for 150 mm er mer moden enn for 200 mm, substratkvaliteten er bedre, og urenhetskontrollnivået for et grafittreaksjonskammer på 150 mm er bedre.
2.4 Overflateruhet på epitaksial wafer
Figur 6 viser AFM-bilder av overflaten til 150 mm og 200 mm SiC epitaksiale wafere. Det fremgår av figuren at overflaterotens gjennomsnittlige kvadratruhet Ra for 150 mm og 200 mm epitaksiale wafere er henholdsvis 0,129 nm og 0,113 nm, og overflaten til det epitaksiale laget er glatt uten åpenbare makrotrinnsaggregeringsfenomener. Dette fenomenet viser at veksten av det epitaksiale laget alltid opprettholder trinnvis flytvekstmodus under hele den epitaksiale prosessen, og ingen trinnaggregering forekommer. Det kan sees at ved å bruke den optimaliserte epitaksiale vekstprosessen kan glatte epitaksiale lag oppnås på 150 mm og 200 mm lavvinkelsubstrater.
3 Konklusjon
De 150 mm og 200 mm 4H-SiC homogene epitaksiale wafere ble vellykket fremstilt på innenlandske underlag ved hjelp av det egenutviklede 200 mm SiC epitaksiale vekstutstyret, og den homogene epitaksiale prosessen som er egnet for 150 mm og 200 mm ble utviklet. Den epitaksiale veksthastigheten kan være større enn 60 μm/t. Selv om kravet til høyhastighetsepitaksi oppfylles, er kvaliteten på den epitaksiale waferen utmerket. Tykkelsesjevnheten til de 150 mm og 200 mm SiC epitaksiale wafere kan kontrolleres innenfor 1,5 %, konsentrasjonsjevnheten er mindre enn 3 %, den fatale defekttettheten er mindre enn 0,3 partikler/cm2, og rotmiddelkvadraten Ra av den epitaksiale overflateruheten er mindre enn 0,15 nm. Kjerneprosessindikatorene for de epitaksiale wafere er på et avansert nivå i bransjen.
Kilde: Spesialutstyr i elektronikkindustrien
Forfatter: Xie Tianle, Li Ping, Yang Yu, Gong Xiaoliang, Ba Sai, Chen Guoqin, Wan Shengqiang
(48. forskningsinstitutt for Kinas elektronikkteknologigruppe, Changsha, Hunan 410111)
Publisert: 04.09.2024