2 Експериментални резултати и дискусија
2.1Епитаксијални слојдебљина и једнообразност
Дебљина епитаксијалног слоја, концентрација допирања и уједначеност су једни од основних индикатора за процену квалитета епитаксијалних плочица. Прецизно контролисана дебљина, концентрација допирања и уједначеност унутар плочице су кључне за обезбеђивање перформанси и конзистентности...SiC уређаји за напајање, а дебљина епитаксијалног слоја и уједначеност концентрације допира су такође важне основе за мерење процесних могућности епитаксијалне опреме.
Слика 3 приказује криву уједначености дебљине и расподеле од 150 mm и 200 mmSiC епитаксијалне плочицеИз слике се види да је крива расподеле дебљине епитаксијалног слоја симетрична око централне тачке плочице. Време епитаксијалног процеса је 600 с, просечна дебљина епитаксијалног слоја епитаксијалне плочице од 150 мм је 10,89 μm, а уједначеност дебљине је 1,05%. Прорачуном, брзина епитаксијалног раста је 65,3 μm/h, што је типичан ниво брзог епитаксијалног процеса. При истом времену епитаксијалног процеса, дебљина епитаксијалног слоја епитаксијалне плочице од 200 мм је 10,10 μm, уједначеност дебљине је унутар 1,36%, а укупна брзина раста је 60,60 μm/h, што је нешто ниже од брзине епитаксијалног раста епитаксијалне плочице од 150 мм. То је зато што постоје очигледни губици на путу када извор силицијума и извор угљеника теку од узводно до реакционе коморе кроз површину плочице до низводно од реакционе коморе, а површина плочице од 200 мм је већа од оне од 150 мм. Гас тече кроз површину плочице од 200 мм на већој удаљености, а изворни гас се троши на путу је већи. Под условом да се плочица стално окреће, укупна дебљина епитаксијалног слоја је тања, па је брзина раста спорија. Генерално, уједначеност дебљине епитаксијалних плочица од 150 мм и 200 мм је одлична, а процесни капацитет опреме може да задовољи захтеве висококвалитетних уређаја.
2.2 Концентрација и униформност допирања епитаксијалног слоја
Слика 4 приказује уједначеност концентрације допинга и расподелу криве од 150 мм и 200 ммSiC епитаксијалне плочицеКао што се може видети са слике, крива расподеле концентрације на епитаксијалној плочици има очигледну симетрију у односу на центар плочице. Уједначеност концентрације допирања епитаксијалних слојева од 150 mm и 200 mm је 2,80% и 2,66% респективно, што се може контролисати у оквиру 3%, што је одличан ниво за сличну међународну опрему. Крива концентрације допирања епитаксијалног слоја је распоређена у облику слова „W“ дуж правца пречника, који је углавном одређен пољем протока хоризонталне епитаксијалне пећи са врућим зидом, јер је смер протока ваздуха хоризонталне епитаксијалне пећи за раст од краја за улаз ваздуха (узводно) и струји од низводног краја на ламинарни начин кроз површину плочице; Пошто је брзина „успутног смањења“ извора угљеника (C2H4) већа од брзине извора силицијума (TCS), када се плочица ротира, стварни C/Si на површини плочице постепено се смањује од ивице ка центру (извор угљеника у центру је мањи), према „теорији конкурентног положаја“ C и N, концентрација допирања у центру плочице постепено се смањује према ивици, како би се постигла одлична уједначеност концентрације, ивица N2 се додаје као компензација током епитаксијалног процеса како би се успорило смањење концентрације допирања од центра ка ивици, тако да коначна крива концентрације допирања има облик „W“.
2.3 Дефекти епитаксијалног слоја
Поред дебљине и концентрације допирања, ниво контроле дефеката епитаксијалног слоја је такође основни параметар за мерење квалитета епитаксијалних плочица и важан индикатор процесних могућности епитаксијалне опреме. Иако SBD и MOSFET имају различите захтеве за дефекте, очигледнији дефекти површинске морфологије као што су капљичасти дефекти, троугласти дефекти, дефекти шаргарепе, дефекти комете итд. дефинишу се као убиствени дефекти SBD и MOSFET уређаја. Вероватноћа квара чипова који садрже ове дефекте је велика, тако да је контрола броја убиствених дефеката изузетно важна за побољшање приноса чипа и смањење трошкова. Слика 5 приказује расподелу убиствених дефеката SiC епитаксијалних плочица од 150 мм и 200 мм. Под условом да не постоји очигледан дисбаланс у односу C/Si, дефекти шаргарепе и дефекти комете могу се у основи елиминисати, док су капљичасти дефекти и троугласти дефекти повезани са контролом чистоће током рада епитаксијалне опреме, нивоом нечистоће графитних делова у реакционој комори и квалитетом подлоге. Из Табеле 2 се може видети да се густина фаталних дефеката епитаксијалних плочица од 150 мм и 200 мм може контролисати унутар 0,3 честице/цм2, што је одличан ниво за исту врсту опреме. Ниво контроле густине фаталних дефеката епитаксијалне плочице од 150 мм је бољи од оног код епитаксијалне плочице од 200 мм. То је зато што је процес припреме подлоге од 150 мм зрелији од оног код 200 мм, квалитет подлоге је бољи, а ниво контроле нечистоћа графитне реакционе коморе од 150 мм је бољи.
2.4 Храпавост површине епитаксијалне плочице
Слика 6 приказује AFM слике површине SiC епитаксијалних плочица од 150 mm и 200 mm. Из слике се може видети да је средња квадратна храпавост површине Ra епитаксијалних плочица од 150 mm и 200 mm 0,129 nm и 0,113 nm респективно, а површина епитаксијалног слоја је глатка без очигледног феномена макростепене агрегације. Овај феномен показује да раст епитаксијалног слоја увек одржава режим степенастог раста током целог епитаксијалног процеса и да не долази до степенасте агрегације. Може се видети да се коришћењем оптимизованог процеса епитаксијалног раста могу добити глатки епитаксијални слојеви на подлогама под малим углом од 150 mm и 200 mm.
3 Закључак
Хомогене епитаксијалне плочице од 4H-SiC димензија 150 mm и 200 mm успешно су припремљене на домаћим подлогама коришћењем саморазвијене опреме за епитаксијални раст SiC димензија 200 mm, а развијен је и хомогени епитаксијални процес погодан за плочице димензија 150 mm и 200 mm. Брзина епитаксијалног раста може бити већа од 60 μm/h. Уз испуњавање захтева за брзом епитаксијом, квалитет епитаксијалне плочице је одличан. Уједначеност дебљине SiC епитаксијалних плочица димензија 150 mm и 200 mm може се контролисати у оквиру 1,5%, уједначеност концентрације је мања од 3%, густина фаталних дефеката је мања од 0,3 честице/cm2, а средња квадратна вредност храпавости епитаксијалне површине Ra је мања од 0,15 nm. Основни индикатори процеса епитаксијалних плочица су на напредном нивоу у индустрији.
Извор: Специјална опрема за електронску индустрију
Аутор: Ксие Тианле, Ли Пинг, Ианг Иу, Гонг Ксиаолианг, Ба Саи, Цхен Гуокин, Ван Схенгкианг
(48. истраживачки институт Кинеске корпорације за електронску технологију, Чангша, Хунан 410111)
Време објаве: 04.09.2024.