2 Mga resulta ng eksperimento at talakayan
2.1Patong na epitaxialkapal at pagkakapareho
Ang kapal ng epitaxial layer, konsentrasyon ng doping, at pagkakapareho ay isa sa mga pangunahing tagapagpahiwatig para sa paghuhusga sa kalidad ng mga epitaxial wafer. Ang tumpak na kontroladong kapal, konsentrasyon ng doping, at pagkakapareho sa loob ng wafer ang susi sa pagtiyak ng pagganap at pagkakapare-pareho ngMga aparatong pang-kapangyarihan ng SiC, at ang kapal ng epitaxial layer at pagkakapareho ng konsentrasyon ng doping ay mahahalagang batayan din para sa pagsukat ng kakayahan sa proseso ng kagamitang epitaxial.
Ipinapakita ng Figure 3 ang kurba ng pagkakapareho ng kapal at distribusyon ng 150 mm at 200 mmMga wafer na epitaxial ng SiCMakikita mula sa pigura na ang kurba ng distribusyon ng kapal ng epitaxial layer ay simetriko sa paligid ng gitnang punto ng wafer. Ang oras ng proseso ng epitaxial ay 600s, ang average na kapal ng epitaxial layer ng 150mm epitaxial wafer ay 10.89 um, at ang pagkakapareho ng kapal ay 1.05%. Sa pamamagitan ng kalkulasyon, ang epitaxial growth rate ay 65.3 um/h, na isang tipikal na mabilis na antas ng proseso ng epitaxial. Sa ilalim ng parehong oras ng proseso ng epitaxial, ang kapal ng epitaxial layer ng 200 mm epitaxial wafer ay 10.10 um, ang pagkakapareho ng kapal ay nasa loob ng 1.36%, at ang pangkalahatang rate ng paglago ay 60.60 um/h, na bahagyang mas mababa kaysa sa 150 mm epitaxial growth rate. Ito ay dahil mayroong malinaw na pagkawala habang dumadaloy ang pinagmumulan ng silicon at carbon mula sa itaas ng reaction chamber patungo sa ibabaw ng wafer patungo sa ibaba ng reaction chamber, at ang 200 mm na lawak ng wafer ay mas malaki kaysa sa 150 mm. Ang gas ay dumadaloy sa ibabaw ng 200 mm na wafer sa mas mahabang distansya, at ang pinagmumulan ng gas na natupok habang dumadaan ay mas marami. Sa ilalim ng kondisyon na ang wafer ay patuloy na umiikot, ang pangkalahatang kapal ng epitaxial layer ay mas manipis, kaya ang bilis ng paglaki ay mas mabagal. Sa pangkalahatan, ang pagkakapareho ng kapal ng 150 mm at 200 mm na epitaxial wafer ay mahusay, at ang kakayahan sa pagproseso ng kagamitan ay maaaring matugunan ang mga kinakailangan ng mga de-kalidad na aparato.
2.2 Konsentrasyon at pagkakapareho ng doping ng epitaxial layer
Ipinapakita ng Figure 4 ang pagkakapareho ng konsentrasyon ng doping at distribusyon ng kurba ng 150 mm at 200 mmMga wafer na epitaxial ng SiCGaya ng makikita sa pigura, ang kurba ng distribusyon ng konsentrasyon sa epitaxial wafer ay may malinaw na simetriya kaugnay ng gitna ng wafer. Ang pagkakapareho ng konsentrasyon ng doping ng 150 mm at 200 mm na mga epitaxial layer ay 2.80% at 2.66% ayon sa pagkakabanggit, na maaaring kontrolin sa loob ng 3%, na isang mahusay na antas para sa mga katulad na internasyonal na kagamitan. Ang kurba ng konsentrasyon ng doping ng epitaxial layer ay ipinamamahagi sa hugis na "W" sa direksyon ng diameter, na pangunahing tinutukoy ng flow field ng horizontal hot wall epitaxial furnace, dahil ang direksyon ng daloy ng hangin ng horizontal airflow epitaxial growth furnace ay mula sa dulo ng pasukan ng hangin (pataas) at dumadaloy palabas mula sa dulo ng agos sa isang laminar na paraan sa pamamagitan ng ibabaw ng wafer; Dahil ang "along-the-way depletion" rate ng carbon source (C2H4) ay mas mataas kaysa sa silicon source (TCS), kapag umiikot ang wafer, ang aktwal na C/Si sa ibabaw ng wafer ay unti-unting bumababa mula sa gilid patungo sa gitna (ang carbon source sa gitna ay mas kaunti), ayon sa "competitive position theory" ng C at N, ang doping concentration sa gitna ng wafer ay unti-unting bumababa patungo sa gilid, upang makakuha ng mahusay na concentration uniformity, ang edge N2 ay idinaragdag bilang kompensasyon sa panahon ng epitaxial process upang mapabagal ang pagbaba ng doping concentration mula sa gitna patungo sa gilid, upang ang huling doping concentration curve ay magpakita ng hugis na "W".
2.3 Mga depekto sa epitaxial layer
Bukod sa kapal at konsentrasyon ng doping, ang antas ng pagkontrol ng depekto sa epitaxial layer ay isa ring pangunahing parameter para sa pagsukat ng kalidad ng mga epitaxial wafer at isang mahalagang tagapagpahiwatig ng kakayahan sa proseso ng kagamitang epitaxial. Bagama't ang SBD at MOSFET ay may magkakaibang mga kinakailangan para sa mga depekto, ang mas halatang mga depekto sa morpolohiya ng ibabaw tulad ng mga drop defect, triangle defect, carrot defect, comet defect, atbp. ay tinukoy bilang mga killer defect ng mga SBD at MOSFET device. Mataas ang posibilidad ng pagkabigo ng mga chip na naglalaman ng mga depektong ito, kaya ang pagkontrol sa bilang ng mga killer defect ay napakahalaga para sa pagpapabuti ng chip yield at pagbabawas ng mga gastos. Ipinapakita ng Figure 5 ang distribusyon ng mga killer defect ng 150 mm at 200 mm SiC epitaxial wafer. Sa ilalim ng kondisyon na walang halatang kawalan ng balanse sa C/Si ratio, ang mga carrot defect at comet defect ay maaaring maalis, habang ang mga drop defect at triangle defect ay nauugnay sa pagkontrol ng kalinisan sa panahon ng pagpapatakbo ng kagamitang epitaxial, ang antas ng karumihan ng mga bahagi ng graphite sa reaction chamber, at ang kalidad ng substrate. Mula sa Talahanayan 2, makikita na ang killer defect density ng 150 mm at 200 mm epitaxial wafers ay maaaring kontrolin sa loob ng 0.3 particles/cm2, na isang mahusay na antas para sa parehong uri ng kagamitan. Ang fatal defect density control level ng 150 mm epitaxial wafer ay mas mahusay kaysa sa 200 mm epitaxial wafer. Ito ay dahil ang proseso ng paghahanda ng substrate ng 150 mm ay mas mature kaysa sa 200 mm, mas mahusay ang kalidad ng substrate, at mas mahusay ang impurity control level ng 150 mm graphite reaction chamber.
2.4 Kagaspangan ng ibabaw ng epitaxial wafer
Ipinapakita ng Figure 6 ang mga imahe ng AFM ng ibabaw ng 150 mm at 200 mm SiC epitaxial wafers. Makikita mula sa figure na ang surface root mean square roughness Ra ng 150 mm at 200 mm epitaxial wafers ay 0.129 nm at 0.113 nm ayon sa pagkakabanggit, at ang ibabaw ng epitaxial layer ay makinis nang walang halatang macro-step aggregation phenomenon. Ipinapakita ng phenomenon na ito na ang paglaki ng epitaxial layer ay palaging nagpapanatili ng step flow growth mode sa buong proseso ng epitaxial, at walang step aggregation na nangyayari. Makikita na sa pamamagitan ng paggamit ng na-optimize na proseso ng paglaki ng epitaxial, maaaring makuha ang makinis na epitaxial layers sa 150 mm at 200 mm low-angle substrates.
3 Konklusyon
Ang 150 mm at 200 mm 4H-SiC homogenous epitaxial wafers ay matagumpay na inihanda sa mga domestic substrates gamit ang self-developed 200 mm SiC epitaxial growth equipment, at ang homogenous epitaxial process na angkop para sa 150 mm at 200 mm ay nabuo. Ang epitaxial growth rate ay maaaring higit sa 60 μm/h. Habang natutugunan ang high-speed epitaxy requirement, ang kalidad ng epitaxial wafer ay mahusay. Ang thickness uniformity ng 150 mm at 200 mm SiC epitaxial wafers ay maaaring kontrolin sa loob ng 1.5%, ang concentration uniformity ay mas mababa sa 3%, ang fatal defect density ay mas mababa sa 0.3 particles/cm2, at ang epitaxial surface roughness root mean square Ra ay mas mababa sa 0.15 nm. Ang mga core process indicator ng epitaxial wafers ay nasa advanced level sa industriya.
Pinagmulan: Espesyal na Kagamitan sa Industriya ng Elektroniko
May-akda: Xie Tianle, Li Ping, Yang Yu, Gong Xiaoliang, Ba Sai, Chen Guoqin, Wan Shengqiang
(Ika-48 na Korporasyon ng Grupo ng Teknolohiya ng Elektroniks ng Instituto ng Pananaliksik ng Tsina, Changsha, Hunan 410111)
Oras ng pag-post: Set-04-2024