2 Experimentella resultat och diskussion
2.1Epitaxiellt lagertjocklek och jämnhet
Epitaxiellt lagertjocklek, dopningskoncentration och enhetlighet är en av de viktigaste indikatorerna för att bedöma kvaliteten på epitaxiella wafers. Noggrant kontrollerbar tjocklek, dopningskoncentration och enhetlighet inom wafern är nyckeln till att säkerställa prestanda och konsistens hosSiC-strömförsörjningsenheter, och epitaxiell skikttjocklek och dopningskoncentrationslikformighet är också viktiga baser för att mäta processkapaciteten hos epitaxiell utrustning.
Figur 3 visar tjockleksjämnheten och fördelningskurvan för 150 mm och 200 mmEpitaxiella SiC-skivorDet framgår av figuren att fördelningskurvan för det epitaxiella skiktets tjocklek är symmetrisk kring waferns mittpunkt. Den epitaxiella processtiden är 600 sekunder, den genomsnittliga epitaxiella skikttjockleken för den 150 mm epitaxiella wafern är 10,89 um, och tjockleksuniformiteten är 1,05 %. Enligt beräkning är den epitaxiella tillväxthastigheten 65,3 um/h, vilket är en typisk snabb epitaxial processnivå. Under samma epitaxiella processtid är den epitaxiella skikttjockleken för den 200 mm epitaxiella wafern 10,10 um, tjockleksuniformiteten ligger inom 1,36 %, och den totala tillväxthastigheten är 60,60 um/h, vilket är något lägre än den epitaxiella tillväxthastigheten för 150 mm. Detta beror på att det finns en tydlig förlust längs vägen när kiselkällan och kolkällan flödar från uppströms reaktionskammaren genom waferns yta till nedströms reaktionskammaren, och waferns yta på 200 mm är större än 150 mm. Gasen flödar genom ytan på 200 mm wafern över en längre sträcka, och källgasen som förbrukas längs vägen är mer. Under förutsättning att wafern fortsätter att rotera är den totala tjockleken på det epitaxiella lagret tunnare, så tillväxthastigheten är långsammare. Sammantaget är tjockleksjämnheten hos 150 mm och 200 mm epitaxiella wafers utmärkt, och utrustningens processkapacitet kan uppfylla kraven för högkvalitativa enheter.
2.2 Dopningskoncentration och likformighet i epitaxialskiktet
Figur 4 visar dopkoncentrationens likformighet och kurvfördelning för 150 mm och 200 mmEpitaxiella SiC-skivorSom framgår av figuren har koncentrationsfördelningskurvan på den epitaxiella wafern tydlig symmetri i förhållande till waferns centrum. Dopningskoncentrationsuniformiteten för de 150 mm och 200 mm epitaxiella lagren är 2,80 % respektive 2,66 %, vilket kan kontrolleras inom 3 %, vilket är en utmärkt nivå för liknande internationell utrustning. Dopningskoncentrationskurvan för det epitaxiella lagret är fördelad i en "W"-form längs diameterriktningen, vilket huvudsakligen bestäms av flödesfältet i den horisontella hetväggs-epitaxiugnen, eftersom luftflödesriktningen för den horisontella luftflödes-epitaxiella tillväxtugnen är från luftinloppsänden (uppströms) och strömmar ut från nedströmsänden på ett laminärt sätt genom waferns yta; Eftersom utarmningshastigheten för kolkällan (C2H4) är högre än för kiselkällan (TCS), minskar den faktiska C/Si-halten på waferytan gradvis från kanten till mitten när wafern roterar (kolkällan i mitten är mindre). Enligt "konkurrenspositionsteorin" för C och N minskar dopningskoncentrationen i mitten av wafern gradvis mot kanten. För att uppnå utmärkt koncentrationsjämnhet läggs kanten N2 till som kompensation under den epitaxiella processen för att bromsa minskningen av dopningskoncentrationen från mitten till kanten, så att den slutliga dopningskoncentrationskurvan uppvisar en "W"-form.
2.3 Defekter i epitaxiella lager
Förutom tjocklek och dopningskoncentration är nivån av kontroll av epitaxiella lagerdefekter också en kärnparameter för att mäta kvaliteten på epitaxiella wafers och en viktig indikator på processkapaciteten hos epitaxiell utrustning. Även om SBD och MOSFET har olika krav på defekter, definieras de mer uppenbara ytmorfologiska defekterna, såsom droppdefekter, triangeldefekter, morotdefekter, kometdefekter etc., som killerdefekter hos SBD- och MOSFET-komponenter. Sannolikheten för fel på chip som innehåller dessa defekter är hög, så det är extremt viktigt att kontrollera antalet killerdefekter för att förbättra chiputbytet och minska kostnaderna. Figur 5 visar fördelningen av killerdefekter hos 150 mm och 200 mm SiC epitaxiella wafers. Under förutsättning att det inte finns någon uppenbar obalans i C/Si-förhållandet kan morotdefekter och kometdefekter i princip elimineras, medan droppdefekter och triangeldefekter är relaterade till renhetskontrollen under drift av epitaxiell utrustning, föroreningsnivån hos grafitdelar i reaktionskammaren och substratets kvalitet. Av tabell 2 framgår att den dödande defektdensiteten för epitaxiella wafers på 150 mm och 200 mm kan kontrolleras inom 0,3 partiklar/cm2, vilket är en utmärkt nivå för samma typ av utrustning. Kontrollnivån för dödande defektdensitet för en epitaxial wafer på 150 mm är bättre än för en epitaxial wafer på 200 mm. Detta beror på att substratberedningsprocessen för 150 mm är mer mogen än för 200 mm, substratkvaliteten är bättre och föroreningskontrollnivån för en grafitreaktionskammare på 150 mm är bättre.
2.4 Ytjämnhet hos epitaxialskivor
Figur 6 visar AFM-bilder av ytan på 150 mm och 200 mm epitaxiala SiC-wafers. Det framgår av figuren att ytrotmedelkvadratjämnheten Ra för 150 mm och 200 mm epitaxiala wafers är 0,129 nm respektive 0,113 nm, och ytan på det epitaxiella lagret är jämn utan uppenbara makrostegsaggregeringsfenomen. Detta fenomen visar att tillväxten av det epitaxiella lagret alltid bibehåller stegvis tillväxtläge under hela den epitaxiella processen, och ingen stegvis aggregering sker. Det framgår att genom att använda den optimerade epitaxiella tillväxtprocessen kan släta epitaxiella lager erhållas på 150 mm och 200 mm substrat med låg vinkel.
3 Slutsats
De 150 mm och 200 mm 4H-SiC homogena epitaxiala wafers framställdes framgångsrikt på inhemska substrat med hjälp av den egenutvecklade 200 mm SiC epitaxiala tillväxtutrustningen, och en homogen epitaxialprocess lämplig för 150 mm och 200 mm utvecklades. Den epitaxiala tillväxthastigheten kan vara större än 60 μm/h. Samtidigt som kravet på höghastighetsepitaxi uppfylls, är kvaliteten på epitaxiala wafers utmärkt. Tjockleksjämnheten hos de 150 mm och 200 mm SiC epitaxiala wafers kan kontrolleras inom 1,5 %, koncentrationsjämnheten är mindre än 3 %, den fatala defektdensiteten är mindre än 0,3 partiklar/cm2, och den epitaxiella ytjämnhetens rotmedelvärde Ra är mindre än 0,15 nm. Kärnprocessindikatorerna för de epitaxiala wafers är på avancerad nivå i branschen.
Källa: Specialutrustning för elektronikindustrin
Författare: Xie Tianle, Li Ping, Yang Yu, Gong Xiaoliang, Ba Sai, Chen Guoqin, Wan Shengqiang
(48:e forskningsinstitutet för Kinas elektronikteknologigrupp, Changsha, Hunan 410111)
Publiceringstid: 4 september 2024