2 Wyniki eksperymentów i dyskusja
2.1Warstwa epitaksjalnagrubość i jednolitość
Grubość warstwy epitaksjalnej, stężenie domieszek i ich jednorodność to jedne z kluczowych wskaźników oceny jakości płytek epitaksjalnych. Precyzyjna kontrola grubości, stężenia domieszek i ich jednorodności w obrębie płytki są kluczem do zapewnienia wydajności i powtarzalności.Urządzenia zasilające SiC, a grubość warstwy epitaksjalnej i jednorodność stężenia domieszek są również ważnymi podstawami pomiaru wydajności procesowej urządzeń epitaksjalnych.
Rysunek 3 przedstawia krzywą jednorodności i rozkładu grubości dla grubości 150 mm i 200 mmPłytki epitaksjalne SiCZ rysunku wynika, że krzywa rozkładu grubości warstwy epitaksjalnej jest symetryczna względem środka płytki. Czas procesu epitaksjalnego wynosi 600 s, średnia grubość warstwy epitaksjalnej płytki epitaksjalnej o średnicy 150 mm wynosi 10,89 μm, a jednorodność grubości wynosi 1,05%. Zgodnie z obliczeniami, szybkość wzrostu epitaksjalnego wynosi 65,3 μm/h, co jest typowym poziomem szybkiego procesu epitaksjalnego. Przy takim samym czasie procesu epitaksjalnego, grubość warstwy epitaksjalnej płytki epitaksjalnej o średnicy 200 mm wynosi 10,10 μm, jednorodność grubości mieści się w granicach 1,36%, a całkowita szybkość wzrostu wynosi 60,60 μm/h, co jest wartością nieznacznie niższą niż szybkość wzrostu epitaksjalnego dla płytki epitaksjalnej o średnicy 150 mm. Dzieje się tak, ponieważ występują oczywiste straty po drodze, gdy źródło krzemu i źródło węgla przepływają od góry komory reakcyjnej przez powierzchnię płytki do dołu komory reakcyjnej, a powierzchnia płytki 200 mm jest większa niż 150 mm. Gaz przepływa przez powierzchnię płytki 200 mm na większą odległość, a gaz źródłowy zużywa się po drodze w większym stopniu. Pod warunkiem, że płytka obraca się, całkowita grubość warstwy epitaksjalnej jest cieńsza, więc tempo wzrostu jest wolniejsze. Ogólnie rzecz biorąc, jednorodność grubości płytek epitaksjalnych 150 mm i 200 mm jest doskonała, a możliwości procesowe sprzętu mogą spełnić wymagania wysokiej jakości urządzeń.
2.2 Koncentracja i jednorodność domieszkowania warstwy epitaksjalnej
Rysunek 4 przedstawia jednorodność stężenia domieszek i rozkład krzywych dla 150 mm i 200 mmPłytki epitaksjalne SiCJak widać na rysunku, krzywa rozkładu stężenia na płytce epitaksjalnej ma wyraźną symetrię względem jej środka. Jednorodność stężenia domieszki warstw epitaksjalnych o grubości 150 mm i 200 mm wynosi odpowiednio 2,80% i 2,66%, co można kontrolować z dokładnością do 3%, co stanowi doskonały poziom dla podobnych urządzeń międzynarodowych. Krzywa stężenia domieszki warstwy epitaksjalnej ma kształt litery „W” wzdłuż średnicy, co jest głównie określone przez pole przepływu poziomego pieca epitaksjalnego z gorącymi ściankami, ponieważ kierunek przepływu powietrza w poziomym piecu epitaksjalnym z przepływem powietrza rozpoczyna się od wlotu powietrza (przed) i wypływa z dolnego końca w sposób laminarny przez powierzchnię płytki; Ponieważ szybkość „wyczerpywania się wzdłuż drogi” źródła węgla (C2H4) jest wyższa niż szybkość wyczerpywania się źródła krzemu (TCS), gdy płytka się obraca, rzeczywisty stosunek C/Si na powierzchni płytki stopniowo maleje od krawędzi do środka (źródło węgla w środku jest mniejsze), zgodnie z „teorią pozycji konkurencyjnej” C i N, stężenie domieszkowania w środku płytki stopniowo maleje w kierunku krawędzi, w celu uzyskania doskonałej jednorodności stężenia, krawędziowy N2 jest dodawany jako kompensacja podczas procesu epitaksjalnego, aby spowolnić spadek stężenia domieszkowania od środka do krawędzi, tak aby ostateczna krzywa stężenia domieszkowania miała kształt litery „W”.
2.3 Wady warstwy epitaksjalnej
Oprócz grubości i stężenia domieszek, poziom kontroli defektów warstwy epitaksjalnej jest również kluczowym parametrem pomiaru jakości płytek epitaksjalnych i ważnym wskaźnikiem wydajności procesowej urządzeń epitaksjalnych. Chociaż SBD i MOSFET mają różne wymagania dotyczące defektów, bardziej oczywiste defekty morfologii powierzchni, takie jak defekty kropelkowe, trójkątne, marchewkowe, kometkowe itp., są definiowane jako defekty zabójcze dla układów SBD i MOSFET. Prawdopodobieństwo awarii chipów zawierających te defekty jest wysokie, dlatego kontrolowanie liczby defektów zabójczych jest niezwykle ważne dla poprawy wydajności chipów i redukcji kosztów. Rysunek 5 przedstawia rozkład defektów zabójczych dla płytek epitaksjalnych SiC o średnicy 150 mm i 200 mm. Pod warunkiem braku wyraźnej nierównowagi w stosunku C/Si, defekty marchwiowe i kometowe mogą być zasadniczo wyeliminowane, podczas gdy defekty kropliste i trójkątne są związane z kontrolą czystości podczas pracy sprzętu epitaksjalnego, poziomem zanieczyszczeń części grafitowych w komorze reakcyjnej i jakością podłoża. Z Tabeli 2 wynika, że zabójcza gęstość defektów płytek epitaksjalnych o średnicy 150 mm i 200 mm może być kontrolowana w zakresie 0,3 cząstek/cm2, co jest doskonałym poziomem dla tego samego typu sprzętu. Poziom kontroli zabójczej gęstości defektów płytki epitaksjalnej o średnicy 150 mm jest lepszy niż płytki epitaksjalnej o średnicy 200 mm. Dzieje się tak, ponieważ proces przygotowania podłoża o średnicy 150 mm jest bardziej dojrzały niż w przypadku 200 mm, jakość podłoża jest lepsza, a poziom kontroli zanieczyszczeń komory reakcyjnej o średnicy 150 mm jest lepszy.
2.4 Chropowatość powierzchni płytki epitaksjalnej
Rysunek 6 przedstawia obrazy AFM powierzchni płytek epitaksjalnych SiC o średnicy 150 mm i 200 mm. Z rysunku wynika, że średnia kwadratowa chropowatości powierzchni Ra płytek epitaksjalnych o średnicy 150 mm i 200 mm wynosi odpowiednio 0,129 nm i 0,113 nm, a powierzchnia warstwy epitaksjalnej jest gładka, bez widocznego zjawiska agregacji makroskopowej. Zjawisko to pokazuje, że wzrost warstwy epitaksjalnej zawsze utrzymuje tryb wzrostu skokowego podczas całego procesu epitaksjalnego i nie występuje agregacja skokowa. Widać, że dzięki zastosowaniu zoptymalizowanego procesu wzrostu epitaksjalnego, można uzyskać gładkie warstwy epitaksjalne na podłożach o małym kącie nachylenia o średnicy 150 mm i 200 mm.
3. Wnioski
Homogeniczne płytki epitaksjalne 4H-SiC o grubości 150 mm i 200 mm zostały pomyślnie przygotowane na krajowych podłożach, przy użyciu samodzielnie opracowanego urządzenia do epitaksjalnego wzrostu SiC o grubości 200 mm. Opracowano również jednorodny proces epitaksjalny odpowiedni dla płytek o grubości 150 mm i 200 mm. Szybkość wzrostu epitaksjalnego może przekraczać 60 μm/h. Jakość płytek epitaksjalnych, spełniająca wymagania dotyczące szybkiej epitaksji, jest doskonała. Jednorodność grubości płytek epitaksjalnych SiC o grubości 150 mm i 200 mm można kontrolować z dokładnością do 1,5%, jednorodność stężenia jest mniejsza niż 3%, gęstość defektów krytycznych jest mniejsza niż 0,3 cząstek/cm2, a średni kwadrat chropowatości powierzchni epitaksjalnej Ra jest mniejszy niż 0,15 nm. Podstawowe wskaźniki procesu produkcji płytek epitaksjalnych znajdują się na zaawansowanym poziomie w branży.
Źródło: Sprzęt specjalistyczny przemysłu elektronicznego
Autor: Xie Tianle, Li Ping, Yang Yu, Gong Xiaoliang, Ba Sai, Chen Guoqin, Wan Shengqiang
(48. Instytut Badawczy Chińskiej Korporacji Technologii Elektronicznych, Changsha, Hunan 410111)
Czas publikacji: 04.09.2024