2 Rezultate experimentale și discuții
2.1Strat epitaxialgrosime și uniformitate
Grosimea stratului epitaxial, concentrația de dopare și uniformitatea sunt unii dintre indicatorii principali pentru evaluarea calității napolitanelor epitaxiale. Grosimea, concentrația de dopare și uniformitatea controlabile cu precizie în cadrul napolitanei sunt esențiale pentru asigurarea performanței și consecvenței.Dispozitive de alimentare SiC...iar grosimea stratului epitaxial și uniformitatea concentrației de dopare sunt, de asemenea, baze importante pentru măsurarea capacității de proces a echipamentului epitaxial.
Figura 3 prezintă curba de uniformitate și distribuție a grosimii la 150 mm și 200 mm.Napolitane epitaxiale de SiCDin figură se poate observa că curba de distribuție a grosimii stratului epitaxial este simetrică față de punctul central al plachetei. Timpul de procesare epitaxială este de 600 s, grosimea medie a stratului epitaxial al plachetei epitaxiale de 150 mm este de 10,89 um, iar uniformitatea grosimii este de 1,05%. Prin calcul, rata de creștere epitaxială este de 65,3 um/h, ceea ce reprezintă un nivel tipic de procesare epitaxială rapidă. În același timp de procesare epitaxială, grosimea stratului epitaxial al plachetei epitaxiale de 200 mm este de 10,10 um, uniformitatea grosimii este în limita a 1,36%, iar rata generală de creștere este de 60,60 um/h, ceea ce este puțin mai mică decât rata de creștere epitaxială a plachetei epitaxiale de 150 mm. Acest lucru se datorează faptului că există o pierdere evidentă pe parcurs atunci când sursa de siliciu și sursa de carbon curg din amonte de camera de reacție prin suprafața napolitanei către aval de camera de reacție, iar suprafața napolitanei de 200 mm este mai mare decât cea de 150 mm. Gazul curge prin suprafața napolitanei de 200 mm pe o distanță mai mare, iar gazul sursă consumat pe parcurs este mai mare. În condițiile în care napolitana se rotește continuu, grosimea totală a stratului epitaxial este mai subțire, deci rata de creștere este mai lentă. Per total, uniformitatea grosimii napolitanelor epitaxiale de 150 mm și 200 mm este excelentă, iar capacitatea de procesare a echipamentului poate îndeplini cerințele dispozitivelor de înaltă calitate.
2.2 Concentrația și uniformitatea dopării stratului epitaxial
Figura 4 prezintă uniformitatea concentrației de dopant și distribuția curbei pentru intervalele de 150 mm și 200 mm.Napolitane epitaxiale de SiCDupă cum se poate observa din figură, curba de distribuție a concentrației pe placheta epitaxială are o simetrie evidentă față de centrul plachetei. Uniformitatea concentrației de dopare a straturilor epitaxiale de 150 mm și 200 mm este de 2,80%, respectiv 2,66%, putând fi controlată în limita a 3%, ceea ce reprezintă un nivel excelent pentru echipamente internaționale similare. Curba concentrației de dopare a stratului epitaxial este distribuită în formă de „W” de-a lungul direcției diametrului, care este determinată în principal de câmpul de curgere al cuptorului epitaxial cu pereți calzi orizontali, deoarece direcția fluxului de aer al cuptorului de creștere epitaxială cu flux de aer orizontal vine de la capătul de admisie a aerului (în amonte) și curge afară de la capătul în aval într-o manieră laminară prin suprafața plachetei; Deoarece rata de „epuizare pe parcurs” a sursei de carbon (C2H4) este mai mare decât cea a sursei de siliciu (TCS), atunci când placheta se rotește, raportul C/Si real de pe suprafața plachetei scade treptat de la margine spre centru (sursa de carbon din centru este mai mică), conform „teoriei poziției competitive” a C și N, concentrația de dopare din centrul plachetei scade treptat spre margine. Pentru a obține o uniformitate excelentă a concentrației, marginea N2 este adăugată ca compensare în timpul procesului epitaxial pentru a încetini scăderea concentrației de dopare de la centru spre margine, astfel încât curba finală a concentrației de dopare să prezinte o formă de „W”.
2.3 Defecte ale stratului epitaxial
Pe lângă grosime și concentrația de dopare, nivelul de control al defectelor stratului epitaxial este, de asemenea, un parametru esențial pentru măsurarea calității napolitanelor epitaxiale și un indicator important al capacității de procesare a echipamentelor epitaxiale. Deși SBD și MOSFET au cerințe diferite pentru defecte, defectele morfologice de suprafață mai evidente, cum ar fi defectele de tip picătură, defectele triunghiulare, defectele de tip carot, defectele de tip cometă etc., sunt definite ca defecte killer ale dispozitivelor SBD și MOSFET. Probabilitatea de defectare a cipurilor care conțin aceste defecte este mare, așadar controlul numărului de defecte killer este extrem de important pentru îmbunătățirea randamentului cipului și reducerea costurilor. Figura 5 prezintă distribuția defectelor killer ale napolitanelor epitaxiale de SiC de 150 mm și 200 mm. În condițiile în care nu există un dezechilibru evident în raportul C/Si, defectele de tip carot și defectele de tip cometă pot fi practic eliminate, în timp ce defectele de tip picătură și defectele triunghiulare sunt legate de controlul curățeniei în timpul funcționării echipamentului epitaxial, de nivelul de impuritate al pieselor de grafit din camera de reacție și de calitatea substratului. Din Tabelul 2, se poate observa că densitatea defectelor fatale la napolitanele epitaxiale de 150 mm și 200 mm poate fi controlată în limita a 0,3 particule/cm2, ceea ce reprezintă un nivel excelent pentru același tip de echipament. Nivelul de control al densității defectelor fatale la napolitanele epitaxiale de 150 mm este mai bun decât cel al napolitanelor epitaxiale de 200 mm. Acest lucru se datorează faptului că procesul de preparare a substratului de 150 mm este mai matur decât cel de 200 mm, calitatea substratului este mai bună, iar nivelul de control al impurităților la camera de reacție din grafit de 150 mm este mai bun.
2.4 Rugozitatea suprafeței plachetei epitaxiale
Figura 6 prezintă imagini AFM ale suprafeței unor napolitane epitaxiale de SiC de 150 mm și 200 mm. Se poate observa din figură că rugozitatea medie pătratică a suprafeței Ra a napolitanelor epitaxiale de 150 mm și 200 mm este de 0,129 nm, respectiv 0,113 nm, iar suprafața stratului epitaxial este netedă, fără un fenomen evident de agregare macro-pasională. Acest fenomen arată că creșterea stratului epitaxial menține întotdeauna modul de creștere în trepte pe parcursul întregului proces epitaxial și nu are loc nicio agregare pasională. Se poate observa că, utilizând procesul de creștere epitaxială optimizat, se pot obține straturi epitaxiale netede pe substraturi cu unghi mic de 150 mm și 200 mm.
3 Concluzie
Napolitanele epitaxiale omogene 4H-SiC de 150 mm și 200 mm au fost preparate cu succes pe substraturi interne folosind echipamentul de creștere epitaxială SiC de 200 mm dezvoltat de companie, fiind dezvoltat procesul epitaxial omogen adecvat pentru 150 mm și 200 mm. Rata de creștere epitaxială poate fi mai mare de 60 μm/h. Îndeplinind cerințele de epitaxie de mare viteză, calitatea napolitanelor epitaxiale este excelentă. Uniformitatea grosimii napolitanelor epitaxiale SiC de 150 mm și 200 mm poate fi controlată cu o precizie de 1,5%, uniformitatea concentrației este mai mică de 3%, densitatea defectelor fatale este mai mică de 0,3 particule/cm2, iar rugozitatea medie pătratică a suprafeței epitaxiale Ra este mai mică de 0,15 nm. Indicatorii principali ai procesului napolitanelor epitaxiale sunt la un nivel avansat în industrie.
Sursă: Echipamente speciale pentru industria electronică
Autor: Xie Tianle, Li Ping, Yang Yu, Gong Xiaoliang, Ba Sai, Chen Guoqin, Wan Shengqiang
(Institutul de Cercetare 48 al Corporației Grupului de Tehnologie Electronică din China, Changsha, Hunan 410111)
Data publicării: 04 septembrie 2024