2 Deneysel sonuçlar ve tartışma
2.1Epitaksiyel tabakakalınlık ve düzgünlük
Epitaksiyel tabaka kalınlığı, katkılama konsantrasyonu ve tekdüzelik, epitaksiyel gofretlerin kalitesini değerlendirmek için temel göstergelerden biridir. Gofret içindeki doğru bir şekilde kontrol edilebilen kalınlık, katkılama konsantrasyonu ve tekdüzelik, performansın ve tutarlılığın sağlanmasının anahtarıdır.SiC güç cihazlarıve epitaksiyel tabaka kalınlığı ile doping konsantrasyonunun homojenliği de epitaksiyel ekipmanın proses kabiliyetinin ölçülmesinde önemli temellerdir.
Şekil 3, 150 mm ve 200 mm'nin kalınlık düzgünlüğü ve dağılım eğrisini göstermektedirSiC epitaksiyel gofretlerŞekilden görülebileceği gibi epitaksiyel tabaka kalınlığı dağılım eğrisi, gofretin merkez noktası etrafında simetriktir. Epitaksiyel işlem süresi 600 saniyedir, 150 mm epitaksiyel gofretin ortalama epitaksiyel tabaka kalınlığı 10,89 µm'dir ve kalınlık homojenliği %1,05'tir. Hesaplamayla, epitaksiyel büyüme hızı 65,3 µm/saattir ve bu tipik bir hızlı epitaksiyel işlem seviyesidir. Aynı epitaksiyel işlem süresi altında, 200 mm epitaksiyel gofretin epitaksiyel tabaka kalınlığı 10,10 µm'dir, kalınlık homojenliği %1,36'dır ve genel büyüme hızı 60,60 µm/saattir ve bu 150 mm epitaksiyel büyüme hızından biraz daha düşüktür. Bunun nedeni, silisyum kaynağı ve karbon kaynağı reaksiyon odasının yukarısından gofret yüzeyinden reaksiyon odasının aşağısına doğru akarken yol boyunca belirgin bir kayıp olması ve 200 mm gofret alanının 150 mm'den daha büyük olmasıdır. Gaz, 200 mm gofretin yüzeyinden daha uzun bir mesafe boyunca akar ve yol boyunca tüketilen kaynak gazı daha fazladır. Gofretin dönmeye devam etmesi koşuluyla, epitaksiyel tabakanın genel kalınlığı daha incedir, bu nedenle büyüme hızı daha yavaştır. Genel olarak, 150 mm ve 200 mm epitaksiyel gofretlerin kalınlık düzgünlüğü mükemmeldir ve ekipmanın işlem kabiliyeti yüksek kaliteli cihazların gereksinimlerini karşılayabilir.
2.2 Epitaksiyel tabaka doping konsantrasyonu ve homojenliği
Şekil 4, 150 mm ve 200 mm'lik doping konsantrasyonunun düzgünlüğünü ve eğri dağılımını göstermektedirSiC epitaksiyel gofretlerŞekilden görülebileceği gibi, epitaksiyel gofret üzerindeki konsantrasyon dağılım eğrisi, gofretin merkezine göre belirgin bir simetriye sahiptir. 150 mm ve 200 mm epitaksiyel katmanların katkılama konsantrasyon düzgünlüğü sırasıyla %2,80 ve %2,66'dır ve bu, benzer uluslararası ekipmanlar için mükemmel bir seviye olan %3 içinde kontrol edilebilir. Epitaksiyel katmanın katkılama konsantrasyon eğrisi, esas olarak yatay sıcak duvarlı epitaksiyel fırının akış alanı tarafından belirlenen çap yönü boyunca bir "W" şeklinde dağılmıştır, çünkü yatay hava akışlı epitaksiyel büyüme fırınının hava akış yönü hava giriş ucundan (yukarı akış) gelir ve gofret yüzeyinden laminer bir şekilde aşağı akış ucundan dışarı akar; Çünkü karbon kaynağının (C2H4) "yol boyunca tükenme" oranı, silisyum kaynağının (TCS) oranından daha yüksek olduğundan, yonga döndüğünde yonga yüzeyindeki gerçek C/Si kenardan merkeze doğru kademeli olarak azalır (merkezdeki karbon kaynağı daha azdır), C ve N'nin "rekabetçi pozisyon teorisine" göre, yonga merkezindeki katkılama konsantrasyonu kenara doğru kademeli olarak azalır, mükemmel konsantrasyon düzgünlüğü elde etmek için, kenar N2, merkezden kenara doğru katkılama konsantrasyonundaki azalmayı yavaşlatmak için epitaksiyel işlem sırasında telafi olarak eklenir, böylece son katkılama konsantrasyon eğrisi "W" şeklini gösterir.
2.3 Epitaksiyel tabaka kusurları
Kalınlık ve doping konsantrasyonuna ek olarak, epitaksiyel tabaka kusur kontrol seviyesi de epitaksiyel gofretlerin kalitesini ölçmek için temel bir parametredir ve epitaksiyel ekipmanın işlem kabiliyetinin önemli bir göstergesidir. SBD ve MOSFET'in kusurlar için farklı gereksinimleri olmasına rağmen, damla kusurları, üçgen kusurları, havuç kusurları, kuyrukluyıldız kusurları vb. gibi daha belirgin yüzey morfolojisi kusurları SBD ve MOSFET cihazlarının öldürücü kusurları olarak tanımlanır. Bu kusurları içeren yongaların arızalanma olasılığı yüksektir, bu nedenle öldürücü kusurların sayısını kontrol etmek yonga verimini artırmak ve maliyetleri düşürmek için son derece önemlidir. Şekil 5, 150 mm ve 200 mm SiC epitaksiyel gofretlerin öldürücü kusurlarının dağılımını göstermektedir. C/Si oranında belirgin bir dengesizlik olmaması koşuluyla, havuç kusurları ve kuyrukluyıldız kusurları temelde ortadan kaldırılabilirken, damla kusurları ve üçgen kusurları epitaksiyel ekipmanın çalışması sırasında temizlik kontrolü, reaksiyon odasındaki grafit parçalarının kirlilik seviyesi ve alt tabaka kalitesiyle ilgilidir. Tablo 2'den, 150 mm ve 200 mm epitaksiyel gofretlerin öldürücü kusur yoğunluğunun aynı tip ekipman için mükemmel bir seviye olan 0,3 parçacık/cm2 içinde kontrol edilebildiği görülebilir. 150 mm epitaksiyel gofretin ölümcül kusur yoğunluğu kontrol seviyesi, 200 mm epitaksiyel gofretinkinden daha iyidir. Bunun nedeni, 150 mm'nin alt tabaka hazırlama sürecinin 200 mm'ninkinden daha olgun olması, alt tabaka kalitesinin daha iyi olması ve 150 mm grafit reaksiyon odasının safsızlık kontrol seviyesinin daha iyi olmasıdır.
2.4 Epitaksiyel gofret yüzey pürüzlülüğü
Şekil 6, 150 mm ve 200 mm SiC epitaksiyel yongaların yüzeyinin AFM görüntülerini göstermektedir. Şekilden, 150 mm ve 200 mm epitaksiyel yongaların yüzey kök ortalama kare pürüzlülüğünün Ra sırasıyla 0,129 nm ve 0,113 nm olduğu ve epitaksiyel tabakanın yüzeyinin belirgin makro adımlı kümeleşme olayı olmaksızın pürüzsüz olduğu görülebilir. Bu olay, epitaksiyel tabakanın büyümesinin tüm epitaksiyel süreç boyunca her zaman adım akışlı büyüme modunu koruduğunu ve adımlı kümeleşmenin meydana gelmediğini göstermektedir. Optimize edilmiş epitaksiyel büyüme süreci kullanılarak, 150 mm ve 200 mm düşük açılı alt tabakalarda pürüzsüz epitaksiyel tabakaların elde edilebileceği görülebilir.
3 Sonuç
150 mm ve 200 mm 4H-SiC homojen epitaksiyel gofretler, kendi geliştirdiğimiz 200 mm SiC epitaksiyel büyüme ekipmanı kullanılarak yerli alt tabakalar üzerinde başarıyla hazırlandı ve 150 mm ve 200 mm için uygun homojen epitaksiyel işlem geliştirildi. Epitaksiyel büyüme hızı 60 μm/saatten büyük olabilir. Yüksek hızlı epitaksiyel gereksinimini karşılarken, epitaksiyel gofret kalitesi mükemmeldir. 150 mm ve 200 mm SiC epitaksiyel gofretlerin kalınlık homojenliği %1,5 içinde kontrol edilebilir, konsantrasyon homojenliği %3'ten azdır, ölümcül kusur yoğunluğu 0,3 parçacık/cm2'den azdır ve epitaksiyel yüzey pürüzlülüğü ortalama karekökü Ra 0,15 nm'den azdır. Epitaksiyel gofretlerin çekirdek işlem göstergeleri sektörde ileri düzeydedir.
Kaynak: Elektronik Endüstrisi Özel Ekipman
Yazar: Xie Tianle, Li Ping, Yang Yu, Gong Xiaoliang, Ba Sai, Chen Guoqin, Wan Shengqiang
(Çin Elektronik Teknolojisi Grup Şirketi 48. Araştırma Enstitüsü, Changsha, Hunan 410111)
Gönderi zamanı: Sep-04-2024