เตาปิดผิว SiC ขนาด 8 นิ้วและการวิจัยกระบวนการโฮโมอีพิแทกเซียล

ปัจจุบัน อุตสาหกรรม SiC กำลังเปลี่ยนจาก 150 มม. (6 นิ้ว) เป็น 200 มม. (8 นิ้ว) เพื่อตอบสนองความต้องการเร่งด่วนสำหรับเวเฟอร์ SiC Homoepitaxis ขนาดใหญ่คุณภาพสูงในอุตสาหกรรม เวเฟอร์ Homoepitaxial SiC ขนาด 150 มม. และ 200 มม. ขนาด 150 มม. และ 200 มม. 4H-SiC จึงได้รับการเตรียมอย่างประสบความสำเร็จบนพื้นผิวในประเทศโดยใช้อุปกรณ์การเจริญเติบโตแบบ Epitaxx ของ SiC ขนาด 200 มม. ที่พัฒนาขึ้นอย่างอิสระ กระบวนการโฮโมอีพิแทกเซียลที่เหมาะสำหรับ 150 มม. และ 200 มม. ได้รับการพัฒนาขึ้น ซึ่งอัตราการเติบโตของอีพิแทกเซียลสามารถมากกว่า 60 ไมโครเมตรต่อชั่วโมง ในขณะที่พบกับ epitaxy ความเร็วสูง คุณภาพเวเฟอร์ epitaxis นั้นยอดเยี่ยม ความสม่ำเสมอของความหนาของเวเฟอร์ SiC epitaxial ขนาด 150 มม. และ 200 มม. สามารถควบคุมได้ภายใน 1.5% ความสม่ำเสมอของความเข้มข้นน้อยกว่า 3% ความหนาแน่นของข้อบกพร่องร้ายแรงน้อยกว่า 0.3 อนุภาค / cm2 และความขรุขระของพื้นผิว epitaxis ค่าเฉลี่ยของตาราง Ra คือ น้อยกว่า 0.15 นาโนเมตร และตัวบ่งชี้กระบวนการหลักทั้งหมดอยู่ในระดับขั้นสูงของอุตสาหกรรม

ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) เป็นหนึ่งในตัวแทนของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สาม มันมีลักษณะของความแรงของสนามแตกตัวสูง, ค่าการนำความร้อนที่ดีเยี่ยม, ความเร็วดริฟท์ความอิ่มตัวของอิเล็กตรอนขนาดใหญ่ และความต้านทานการแผ่รังสีที่แข็งแกร่ง ได้ขยายความสามารถในการประมวลผลพลังงานของอุปกรณ์ไฟฟ้าอย่างมาก และสามารถตอบสนองความต้องการด้านการบริการของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังรุ่นต่อไปสำหรับอุปกรณ์ที่มีกำลังสูง ขนาดเล็ก อุณหภูมิสูง การแผ่รังสีสูง และสภาวะที่รุนแรงอื่น ๆ สามารถลดพื้นที่ ลดการใช้พลังงาน และลดความต้องการในการทำความเย็น โดยได้นำการเปลี่ยนแปลงครั้งยิ่งใหญ่มาสู่ยานยนต์พลังงานใหม่ การขนส่งทางรถไฟ กริดอัจฉริยะ และสาขาอื่นๆ ดังนั้นเซมิคอนดักเตอร์ซิลิคอนคาร์ไบด์จึงได้รับการยอมรับว่าเป็นวัสดุในอุดมคติที่จะนำไปสู่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังสูงรุ่นต่อไป ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ต้องขอบคุณนโยบายระดับชาติที่สนับสนุนการพัฒนาอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สาม การวิจัยและพัฒนาและการสร้างระบบอุตสาหกรรมอุปกรณ์ SiC ขนาด 150 มม. จึงเสร็จสมบูรณ์โดยทั่วไปในประเทศจีน และความปลอดภัยของห่วงโซ่อุตสาหกรรมได้ ได้รับการรับประกันโดยทั่วไป ดังนั้นจุดเน้นของอุตสาหกรรมจึงค่อยๆ เปลี่ยนไปสู่การควบคุมต้นทุนและการปรับปรุงประสิทธิภาพ ดังที่แสดงในตารางที่ 1 เมื่อเปรียบเทียบกับ 150 มม. SiC 200 มม. มีอัตราการใช้ขอบที่สูงกว่า และเอาต์พุตของชิปเวเฟอร์เดี่ยวสามารถเพิ่มขึ้นได้ประมาณ 1.8 เท่า หลังจากที่เทคโนโลยีเติบโตเต็มที่ ต้นทุนการผลิตของชิปตัวเดียวจะลดลง 30% ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีขนาด 200 มม. เป็นวิธีโดยตรงในการ "ลดต้นทุนและเพิ่มประสิทธิภาพ" และยังเป็นกุญแจสำคัญสำหรับอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ในประเทศของฉันในการ "ดำเนินธุรกิจแบบคู่ขนาน" หรือแม้แต่ "เป็นผู้นำ"

แตกต่างจากกระบวนการอุปกรณ์ Si อุปกรณ์กำลังเซมิคอนดักเตอร์ SiC ทั้งหมดได้รับการประมวลผลและเตรียมโดยมีชั้นเอปิแอกเซียลเป็นรากฐานที่สำคัญ เวเฟอร์อีปิแอกเซียลเป็นวัสดุพื้นฐานที่จำเป็นสำหรับอุปกรณ์จ่ายไฟ SiC คุณภาพของชั้น epitaxis จะกำหนดผลผลิตของอุปกรณ์โดยตรง และต้นทุนจะคิดเป็น 20% ของต้นทุนการผลิตชิป ดังนั้นการเจริญเติบโตของ epitax จึงเป็นการเชื่อมโยงระดับกลางที่สำคัญในอุปกรณ์ไฟฟ้า SiC ขีดจำกัดบนของระดับกระบวนการเอพิแทกเซียลถูกกำหนดโดยอุปกรณ์เอพิแอกเซียล ในปัจจุบัน ระดับการแปลของอุปกรณ์ epitaxis SiC ภายในประเทศขนาด 150 มม. ค่อนข้างสูง แต่เค้าโครงโดยรวมของ 200 มม. ยังช้ากว่าระดับสากลในเวลาเดียวกัน ดังนั้น เพื่อที่จะแก้ปัญหาความต้องการเร่งด่วนและปัญหาคอขวดของการผลิตวัสดุเอพิแทกเซียลขนาดใหญ่และมีคุณภาพสูงสำหรับการพัฒนาอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สามในประเทศ บทความนี้จะแนะนำอุปกรณ์เอพิแทกเซียล SiC ขนาด 200 มม. ที่พัฒนาขึ้นอย่างประสบความสำเร็จในประเทศของฉัน และศึกษากระบวนการเอพิแทกเซียล โดยการปรับพารามิเตอร์กระบวนการให้เหมาะสม เช่น อุณหภูมิกระบวนการ อัตราการไหลของก๊าซตัวพา อัตราส่วน C/Si ฯลฯ ความสม่ำเสมอของความเข้มข้น <3% ความหนาไม่สม่ำเสมอ <1.5% ความหยาบ Ra <0.2 นาโนเมตร และความหนาแน่นของข้อบกพร่องร้ายแรง <0.3 อนุภาค /cm2 ของเวเฟอร์ SiC เอพิแอกเชียล 150 มม. และ 200 มม. พร้อมด้วยเตาเอพิแอกเซียลซิลิคอนคาร์ไบด์ 200 มม. ที่พัฒนาขึ้นเอง ระดับกระบวนการอุปกรณ์สามารถตอบสนองความต้องการของการเตรียมอุปกรณ์จ่ายไฟ SiC คุณภาพสูง

1 การทดลอง

1.1 หลักการของกระบวนการ epitaxis ของ SiC

กระบวนการเจริญเติบโตแบบโฮโมอีพิแทกเซียลของ 4H-SiC ส่วนใหญ่ประกอบด้วย 2 ขั้นตอนสำคัญ กล่าวคือ การกัดซับสเตรต 4H-SiC ในแหล่งกำเนิดที่อุณหภูมิสูง และกระบวนการสะสมไอสารเคมีที่เป็นเนื้อเดียวกัน วัตถุประสงค์หลักของการแกะสลักพื้นผิวในแหล่งกำเนิดคือการขจัดความเสียหายใต้พื้นผิวของพื้นผิวหลังจากการขัดแผ่นเวเฟอร์ ของเหลวขัดเงาที่ตกค้าง อนุภาคและชั้นออกไซด์ และโครงสร้างขั้นตอนอะตอมมิกปกติสามารถเกิดขึ้นบนพื้นผิวของวัสดุพิมพ์ได้โดยการแกะสลัก การกัดกรดในแหล่งกำเนิดมักดำเนินการในบรรยากาศไฮโดรเจน ตามข้อกำหนดของกระบวนการจริง สามารถเติมก๊าซเสริมจำนวนเล็กน้อยได้ เช่น ไฮโดรเจนคลอไรด์ โพรเพน เอทิลีน หรือไซเลน โดยทั่วไปอุณหภูมิของการกัดไฮโดรเจนในแหล่งกำเนิดจะสูงกว่า 1 600 ℃ และโดยทั่วไปความดันของห้องปฏิกิริยาจะถูกควบคุมต่ำกว่า 2 × 104 Pa ในระหว่างกระบวนการกัด

หลังจากที่พื้นผิวของซับสเตรตถูกกระตุ้นโดยการกัดในแหล่งกำเนิด มันจะเข้าสู่กระบวนการสะสมไอสารเคมีที่อุณหภูมิสูง ซึ่งก็คือ แหล่งที่มาของการเจริญเติบโต (เช่น เอทิลีน/โพรเพน, TCS/ไซเลน) แหล่งกำเนิดของสารกระตุ้น (ไนโตรเจนที่มาจากสารโด๊ปชนิด n , แหล่งกำเนิดสารโด๊ปชนิด p TMAl) และก๊าซเสริม เช่น ไฮโดรเจนคลอไรด์ จะถูกขนส่งไปยังห้องปฏิกิริยาผ่านก๊าซพาหะจำนวนมาก (โดยปกติคือไฮโดรเจน) หลังจากที่ก๊าซทำปฏิกิริยาในห้องปฏิกิริยาที่อุณหภูมิสูง ส่วนหนึ่งของสารตั้งต้นจะทำปฏิกิริยาทางเคมีและดูดซับบนพื้นผิวเวเฟอร์ และเกิดชั้น epitaxis 4H-SiC ที่เป็นเนื้อเดียวกันผลึกเดี่ยวที่มีความเข้มข้นของสารเติมแต่งเฉพาะ ความหนาจำเพาะ และคุณภาพที่สูงขึ้นจะเกิดขึ้น บนพื้นผิวของวัสดุพิมพ์โดยใช้วัสดุพิมพ์ 4H-SiC แบบผลึกเดี่ยวเป็นเทมเพลต หลังจากการสำรวจทางเทคนิคเป็นเวลาหลายปี เทคโนโลยี 4H-SiC homoepitaxial ได้เจริญเต็มที่โดยพื้นฐานแล้วและมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตภาคอุตสาหกรรม เทคโนโลยีโฮโมอีพิแอกเซียล 4H-SiC ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดในโลกมีลักษณะทั่วไปสองประการ: (1) การใช้ซับสเตรตที่ตัดเฉียง (สัมพันธ์กับระนาบคริสตัล <0001> ไปทางทิศทางคริสตัล <11-20>) เทมเพลต ซึ่งเป็นชั้น epitaxis ผลึกเดี่ยว 4H-SiC ที่มีความบริสุทธิ์สูงโดยไม่มีสิ่งเจือปนจะถูกสะสมไว้บนพื้นผิวในรูปแบบของโหมดการเจริญเติบโตแบบขั้นตอน การเจริญเติบโตแบบโฮโมอีพิแทกเซียลของ 4H-SiC ในช่วงต้นใช้ซับสเตรตคริสตัลที่เป็นบวก นั่นคือระนาบ Si <0001> สำหรับการเติบโต ความหนาแน่นของขั้นอะตอมบนพื้นผิวของซับสเตรตคริสตัลที่เป็นบวกนั้นต่ำและขั้นบันไดก็กว้าง การเติบโตของนิวเคลียสสองมิตินั้นเกิดขึ้นได้ง่ายในระหว่างกระบวนการ epitaxy เพื่อสร้างผลึก 3C SiC (3C-SiC) ด้วยการตัดนอกแกน ทำให้สามารถแนะนำขั้นตอนอะตอมมิกที่มีความกว้างของระเบียงที่มีความหนาแน่นสูงและแคบได้บนพื้นผิวของซับสเตรต 4H-SiC <0001> และสารตั้งต้นที่ถูกดูดซับสามารถเข้าถึงตำแหน่งสเต็ปอะตอมมิกได้อย่างมีประสิทธิภาพด้วยพลังงานพื้นผิวที่ค่อนข้างต่ำผ่านการแพร่กระจายของพื้นผิว . ในขั้นตอน ตำแหน่งพันธะของอะตอมของสารตั้งต้น/กลุ่มโมเลกุลจะไม่ซ้ำกัน ดังนั้นในโหมดการเจริญเติบโตของการไหลของขั้นตอน ชั้นอีปิแอกเซียลสามารถสืบทอดลำดับการเรียงซ้อนของชั้นอะตอมมิกคู่ Si-C ของซับสเตรตได้อย่างสมบูรณ์แบบเพื่อสร้างผลึกเดี่ยวที่มีผลึกเดียวกัน เฟสเป็นสารตั้งต้น (2) การเจริญเติบโตของเยื่อบุผิวด้วยความเร็วสูงทำได้โดยการแนะนำแหล่งซิลิกอนที่มีคลอรีน ในระบบการสะสมไอสารเคมี SiC ทั่วไป ไซเลนและโพรเพน (หรือเอทิลีน) เป็นแหล่งการเติบโตหลัก ในกระบวนการเพิ่มอัตราการเติบโตโดยการเพิ่มอัตราการไหลของแหล่งการเจริญเติบโต เนื่องจากความดันบางส่วนของสมดุลของส่วนประกอบซิลิกอนยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง จึงเป็นเรื่องง่ายที่จะสร้างกลุ่มซิลิกอนโดยนิวเคลียสของเฟสก๊าซที่เป็นเนื้อเดียวกัน ซึ่งจะช่วยลดอัตราการใช้ประโยชน์ของ แหล่งซิลิคอน การก่อตัวของกระจุกซิลิคอนจำกัดการปรับปรุงอัตราการเติบโตของเยื่อบุผิวอย่างมาก ในเวลาเดียวกัน กลุ่มซิลิคอนสามารถรบกวนการเติบโตของการไหลของขั้นตอนและทำให้เกิดข้อบกพร่องของนิวเคลียส เพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดนิวเคลียสของเฟสก๊าซที่เป็นเนื้อเดียวกันและเพิ่มอัตราการเติบโตของเยื่อบุผิว ปัจจุบันการนำแหล่งซิลิกอนที่มีคลอรีนเป็นส่วนประกอบหลักมาเป็นวิธีการหลักในการเพิ่มอัตราการเติบโตของเยื่อบุผิวของ 4H-SiC

1.2 อุปกรณ์ SiC เอพิแทกเซียลขนาด 200 มม. (8 นิ้ว) และสภาวะกระบวนการ

การทดลองที่อธิบายไว้ในบทความนี้ทั้งหมดดำเนินการบนอุปกรณ์ SiC ผนังร้อนแนวนอนเสาหินแนวนอนที่รองรับขนาด 150/200 มม. (6/8 นิ้ว) ซึ่งพัฒนาโดยอิสระโดยสถาบัน 48th of China Electronics Technology Group Corporation เตาปิดผิวรองรับการโหลดและขนถ่ายแผ่นเวเฟอร์อัตโนมัติเต็มรูปแบบ รูปที่ 1 เป็นแผนผังของโครงสร้างภายในของห้องปฏิกิริยาของอุปกรณ์อีพิแทกเซียล ดังแสดงในรูปที่ 1 ผนังด้านนอกของห้องปฏิกิริยาเป็นระฆังควอทซ์ที่มี interlayer ระบายความร้อนด้วยน้ำ และด้านในของระฆังเป็นห้องปฏิกิริยาอุณหภูมิสูง ซึ่งประกอบด้วยความรู้สึกคาร์บอนฉนวนกันความร้อน มีความบริสุทธิ์สูง ช่องกราไฟท์พิเศษ ฐานหมุนที่ลอยด้วยแก๊สกราไฟท์ ฯลฯ ระฆังควอทซ์ทั้งหมดถูกหุ้มด้วยขดลวดเหนี่ยวนำทรงกระบอก และห้องปฏิกิริยาภายในระฆังจะถูกให้ความร้อนด้วยแม่เหล็กไฟฟ้าโดยแหล่งจ่ายไฟเหนี่ยวนำความถี่ปานกลาง ดังแสดงในรูปที่ 1 (b) ก๊าซพาหะ ก๊าซปฏิกิริยา และก๊าซโด๊ป ล้วนไหลผ่านพื้นผิวเวเฟอร์ในลักษณะลามินาร์แนวนอนจากต้นน้ำของห้องปฏิกิริยาไปยังปลายน้ำของห้องปฏิกิริยา และถูกปล่อยออกจากส่วนท้าย ปลายแก๊ส เพื่อให้มั่นใจถึงความสม่ำเสมอภายในเวเฟอร์ เวเฟอร์ที่บรรทุกโดยฐานลอยของอากาศจะถูกหมุนเสมอในระหว่างกระบวนการ

วัสดุพิมพ์ที่ใช้ในการทดลองคือวัสดุพิมพ์ SiC ขัดเงาสองด้านขนาด 150 มม., 200 มม. (6 นิ้ว, 8 นิ้ว) เชิงพาณิชย์ที่มีทิศทาง 4° แบบ off-angle n-type 4H-SiC ที่ผลิตโดย Shanxi Shuoke Crystal ไตรคลอโรซิเลน (SiHCl3, TCS) และเอทิลีน (C2H4) ถูกใช้เป็นแหล่งการเจริญเติบโตหลักในการทดลองกระบวนการ โดยที่ TCS และ C2H4 ถูกใช้เป็นแหล่งซิลิคอนและแหล่งคาร์บอนตามลำดับ ไนโตรเจนที่มีความบริสุทธิ์สูง (N2) ถูกใช้เป็น n- ประเภทแหล่งกำเนิดยาสลบ และไฮโดรเจน (H2) ถูกใช้เป็นก๊าซเจือจางและก๊าซพาหะ ช่วงอุณหภูมิกระบวนการ epitaxis คือ 1 600 ~1 660 ℃ ความดันกระบวนการคือ 8×103 ~12×103 Pa และอัตราการไหลของก๊าซตัวพา H2 คือ 100~140 ลิตร/นาที

1.3 การทดสอบและการกำหนดลักษณะเฉพาะของเวเฟอร์แบบอีปิแอกเซียล

ฟูริเยร์อินฟราเรดสเปกโตรมิเตอร์ (ผู้ผลิตอุปกรณ์ Thermalfisher รุ่น iS50) และเครื่องทดสอบความเข้มข้นของโพรบปรอท (ผู้ผลิตอุปกรณ์ Semilab รุ่น 530L) ถูกนำมาใช้เพื่อระบุลักษณะค่าเฉลี่ยและการกระจายของความหนาของชั้นเอพิแทกเซียลและความเข้มข้นของสารต้องห้าม ความหนาและความเข้มข้นของสารต้องห้ามของแต่ละจุดในชั้นอีพิแทกเซียลถูกกำหนดโดยการนำจุดไปตามเส้นเส้นผ่านศูนย์กลางที่ตัดกับเส้นปกติของขอบอ้างอิงหลักที่ 45° ที่กึ่งกลางของเวเฟอร์โดยเอาขอบออก 5 มม. สำหรับเวเฟอร์ขนาด 150 มม. จะมีการถ่าย 9 จุดตามแนวเส้นเส้นผ่านศูนย์กลางเดียว (เส้นผ่านศูนย์กลาง 2 เส้นตั้งฉากกัน) และสำหรับเวเฟอร์ขนาด 200 มม. จะมีการถ่าย 21 จุด ดังแสดงในรูปที่ 2 กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม (ผู้ผลิตอุปกรณ์ Bruker ไอคอนมิติแบบจำลอง) ถูกนำมาใช้เพื่อเลือกพื้นที่ 30 μm × 30 μm ในพื้นที่ตรงกลางและพื้นที่ขอบ (การลบขอบ 5 มม.) ของเวเฟอร์ epitaxis เพื่อทดสอบความหยาบพื้นผิวของชั้น epitaxis ข้อบกพร่องของชั้น epitaxis ถูกวัดโดยใช้เครื่องทดสอบข้อบกพร่องที่พื้นผิว (ผู้ผลิตอุปกรณ์ China Electronics Kefenghua รุ่น Mars 4410 pro) เพื่อกำหนดลักษณะเฉพาะ

2 ผลการทดลองและการอภิปราย

2.1 ความหนาและความสม่ำเสมอของชั้นเยื่อบุผิว

ความหนาของชั้นเอปิแอกเซียล ความเข้มข้นของสารโด๊ป และความสม่ำเสมอเป็นหนึ่งในตัวชี้วัดหลักในการตัดสินคุณภาพของเวเฟอร์เอพิแอกเซียล ความหนาที่ควบคุมได้อย่างแม่นยำ ความเข้มข้นของสารต้องห้าม และความสม่ำเสมอภายในแผ่นเวเฟอร์เป็นกุญแจสำคัญในการรับรองประสิทธิภาพและความสม่ำเสมอของอุปกรณ์จ่ายไฟ SiC และความหนาของชั้นอีปิแอกเซียลและความสม่ำเสมอของความเข้มข้นของสารโด๊ปยังเป็นพื้นฐานสำคัญในการวัดความสามารถในกระบวนการของอุปกรณ์อีพิแอกเชียล

รูปที่ 3 แสดงความสม่ำเสมอของความหนาและเส้นโค้งการกระจายของเวเฟอร์ SiC เอพิแทกเซียล 150 มม. และ 200 มม. จากรูปจะเห็นได้ว่าเส้นโค้งการกระจายความหนาของชั้น epitaxis มีความสมมาตรเกี่ยวกับจุดศูนย์กลางของแผ่นเวเฟอร์ เวลาดำเนินการของเยื่อบุผิวคือ 600 วินาที ความหนาของชั้นเยื่อบุผิวโดยเฉลี่ยของเวเฟอร์เยื่อบุผิวขนาด 150 มม. คือ 10.89 ไมโครเมตร และความสม่ำเสมอของความหนาอยู่ที่ 1.05% โดยการคำนวณ อัตราการเติบโตของเยื่อบุผิวคือ 65.3 ไมโครเมตรต่อชั่วโมง ซึ่งเป็นระดับกระบวนการเยื่อบุผิวที่รวดเร็วโดยทั่วไป ภายใต้เวลากระบวนการ epitaxis เดียวกัน ความหนาของชั้น epitaxis ของเวเฟอร์ epitaxis 200 มม. คือ 10.10 μm ความสม่ำเสมอของความหนาอยู่ภายใน 1.36% และอัตราการเติบโตโดยรวมคือ 60.60 μm/h ซึ่งต่ำกว่าการเติบโตของ epitaxial 150 มม. เล็กน้อย ประเมิน. นี่เป็นเพราะมีการสูญเสียอย่างเห็นได้ชัดตลอดทางเมื่อแหล่งซิลิคอนและแหล่งคาร์บอนไหลจากต้นน้ำของห้องปฏิกิริยาผ่านพื้นผิวเวเฟอร์ไปยังปลายน้ำของห้องปฏิกิริยา และพื้นที่เวเฟอร์ 200 มม. มีขนาดใหญ่กว่า 150 มม. ก๊าซจะไหลผ่านพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ขนาด 200 มม. ในระยะทางที่ไกลขึ้น และก๊าซต้นทางที่ใช้ไปพร้อมกันจะมีมากขึ้น ภายใต้เงื่อนไขที่แผ่นเวเฟอร์หมุนอยู่ตลอดเวลา ความหนาโดยรวมของชั้นเอพิแทกเซียลจะบางลง ดังนั้นอัตราการเติบโตจึงช้าลง โดยรวมแล้ว ความสม่ำเสมอของความหนาของเวเฟอร์เอพิแทกเซียล 150 มม. และ 200 มม. นั้นดีเยี่ยม และความสามารถในกระบวนการของอุปกรณ์สามารถตอบสนองความต้องการของอุปกรณ์คุณภาพสูงได้

2.2 ความเข้มข้นและความสม่ำเสมอของการเติมยาสลบในชั้น epitaxis

รูปที่ 4 แสดงความสม่ำเสมอของความเข้มข้นของสารกระตุ้นและการกระจายเส้นโค้งของเวเฟอร์เอพิแทกเซียล SiC ขนาด 150 มม. และ 200 มม. ดังที่เห็นได้จากรูปภาพ เส้นโค้งการกระจายความเข้มข้นบนแผ่นเวเฟอร์ epitaxis มีความสมมาตรที่ชัดเจนเมื่อเทียบกับจุดศูนย์กลางของแผ่นเวเฟอร์ ความสม่ำเสมอของความเข้มข้นของสารต้องห้ามของชั้นเอปิแทกเซียล 150 มม. และ 200 มม. คือ 2.80% และ 2.66% ตามลำดับ ซึ่งสามารถควบคุมได้ภายใน 3% ซึ่งเป็นระดับที่ยอดเยี่ยมในบรรดาอุปกรณ์ที่คล้ายคลึงกันในระดับสากล เส้นโค้งความเข้มข้นของยาสลบของชั้น epitaxial มีการกระจายเป็นรูป "W" ตามทิศทางเส้นผ่านศูนย์กลาง ซึ่งส่วนใหญ่ถูกกำหนดโดยสนามการไหลของเตา epitaxial ผนังร้อนแนวนอน เนื่องจากทิศทางการไหลของอากาศของเตาการเจริญเติบโต epitaxis การไหลของอากาศในแนวนอนมาจาก ปลายช่องอากาศเข้า (ต้นน้ำ) และไหลออกจากปลายน้ำในลักษณะการไหลแบบราบเรียบผ่านพื้นผิวแผ่นเวเฟอร์ เนื่องจากอัตราการ "พร่องไปตลอดทาง" ของแหล่งคาร์บอน (C2H4) สูงกว่าอัตราของแหล่งซิลิคอน (TCS) เมื่อเวเฟอร์หมุน C/Si จริงบนพื้นผิวเวเฟอร์จะค่อยๆ ลดลงจากขอบถึง ศูนย์กลาง (แหล่งคาร์บอนที่อยู่ตรงกลางน้อยกว่า) ตาม "ทฤษฎีตำแหน่งการแข่งขัน" ของ C และ N ความเข้มข้นของสารต้องห้ามในศูนย์กลางของแผ่นเวเฟอร์จะค่อยๆลดลงไปทางขอบ เพื่อให้ได้ความเข้มข้นที่สม่ำเสมอดีเยี่ยม ขอบ N2 จะถูกเพิ่มเป็นการชดเชยในระหว่างกระบวนการเอพิแทกเซียล เพื่อชะลอการลดลงของความเข้มข้นของสารต้องห้ามจากศูนย์กลางไปยังขอบ เพื่อให้เส้นโค้งความเข้มข้นของสารต้องห้ามสุดท้ายแสดงรูปร่าง "W"

2.3 ข้อบกพร่องของชั้นเยื่อบุผิว

นอกจากความหนาและความเข้มข้นของสารโด๊ปแล้ว ระดับของการควบคุมข้อบกพร่องของชั้นเอพิแทกเซียลยังเป็นพารามิเตอร์หลักในการวัดคุณภาพของเวเฟอร์เอพิแทกเซียล และเป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญของความสามารถในกระบวนการของอุปกรณ์เอพิแอกเซียล แม้ว่า SBD และ MOSFET จะมีข้อกำหนดที่แตกต่างกันสำหรับข้อบกพร่อง แต่ข้อบกพร่องทางสัณฐานวิทยาของพื้นผิวที่ชัดเจนยิ่งขึ้น เช่น ข้อบกพร่องจากการตกหล่น ข้อบกพร่องสามเหลี่ยม ข้อบกพร่องแครอท และข้อบกพร่องของดาวหางนั้นถูกกำหนดให้เป็นข้อบกพร่องร้ายแรงสำหรับอุปกรณ์ SBD และ MOSFET ความน่าจะเป็นที่จะเกิดความล้มเหลวของชิปที่มีข้อบกพร่องเหล่านี้มีสูง ดังนั้นการควบคุมจำนวนข้อบกพร่องที่ร้ายแรงจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งในการเพิ่มผลผลิตของชิปและลดต้นทุน รูปที่ 5 แสดงการกระจายของข้อบกพร่องร้ายแรงของเวเฟอร์ SiC epitaxis ขนาด 150 มม. และ 200 มม. ภายใต้เงื่อนไขที่ว่าไม่มีความไม่สมดุลที่ชัดเจนในอัตราส่วน C/Si โดยทั่วไปสามารถกำจัดข้อบกพร่องของแครอทและข้อบกพร่องของดาวหางได้ ในขณะที่ข้อบกพร่องจากการตกหล่นและข้อบกพร่องรูปสามเหลี่ยมเกี่ยวข้องกับการควบคุมความสะอาดในระหว่างการทำงานของอุปกรณ์ epitaxis ซึ่งเป็นระดับสิ่งเจือปนของกราไฟท์ ชิ้นส่วนในห้องปฏิกิริยา และคุณภาพของสารตั้งต้น จากตารางที่ 2 เราจะเห็นว่าความหนาแน่นของข้อบกพร่องร้ายแรงของเวเฟอร์เอพิแทกเซียล 150 มม. และ 200 มม. สามารถควบคุมได้ภายใน 0.3 อนุภาค/ซม.2 ซึ่งเป็นระดับที่ดีเยี่ยมสำหรับอุปกรณ์ประเภทเดียวกัน ระดับการควบคุมความหนาแน่นของข้อบกพร่องร้ายแรงของเวเฟอร์เอปิแอกเชียล 150 มม. ดีกว่าระดับการควบคุมความหนาแน่นของข้อบกพร่องร้ายแรง 200 มม. เนื่องจากกระบวนการเตรียมซับสเตรต 150 มม. มีความสมบูรณ์มากกว่า 200 มม. คุณภาพของซับสเตรตก็ดีกว่า และระดับการควบคุมสิ่งเจือปนของห้องปฏิกิริยากราไฟท์ 150 มม. จะดีกว่า

2.4 ความขรุขระของพื้นผิวเวเฟอร์แบบ Epitaxis

รูปที่ 6 แสดงภาพ AFM ของพื้นผิวของเวเฟอร์ SiC epitaxis ขนาด 150 มม. และ 200 มม. ดังที่เห็นได้จากรูปภาพ ค่ารากของพื้นผิวเฉลี่ยความขรุขระเป็นสี่เหลี่ยม Ra ของเวเฟอร์เอพิแทกเซียล 150 มม. และ 200 มม. เท่ากับ 0.129 นาโนเมตรและ 0.113 นาโนเมตร ตามลำดับ และพื้นผิวของชั้นเอพิแทกเซียลนั้นเรียบ โดยไม่มีปรากฏการณ์การรวมตัวแบบขั้นมาโครที่ชัดเจน ซึ่ง บ่งชี้ว่าการเติบโตของชั้นอีปิแอกเซียลจะรักษาโหมดการเจริญเติบโตของการไหลของขั้นตอนไว้เสมอในระหว่างกระบวนการอีพิแอกเซียลทั้งหมด และไม่มีการรวมกลุ่มเกิดขึ้น จะเห็นได้ว่าชั้นอีพิแทกเซียลที่มีพื้นผิวเรียบสามารถรับได้บนพื้นผิวมุมต่ำขนาด 150 มม. และ 200 มม. โดยใช้กระบวนการการเจริญเติบโตของอีพิแทกเซียลที่ปรับให้เหมาะสม

3. ข้อสรุป

เวเฟอร์โฮโมอีพิแอกเชียล 4H-SiC ขนาด 150 มม. และ 200 มม. ได้รับการเตรียมอย่างประสบความสำเร็จบนพื้นผิวในประเทศโดยใช้อุปกรณ์การเจริญเติบโตแบบ epitaxis ของ SiC ขนาด 200 มม. ที่พัฒนาขึ้นเอง และกระบวนการโฮโมอิพิแอกเซียลที่เหมาะสำหรับขนาด 150 มม. และ 200 มม. ได้รับการพัฒนา อัตราการเติบโตของเยื่อบุผิวสามารถมากกว่า 60 μm/h แม้ว่าจะเป็นไปตามข้อกำหนด epitaxy ความเร็วสูง แต่คุณภาพของเวเฟอร์ epitaxis ก็ดีเยี่ยม ความสม่ำเสมอของความหนาของเวเฟอร์ SiC epitaxial ขนาด 150 มม. และ 200 มม. สามารถควบคุมได้ภายใน 1.5% ความสม่ำเสมอของความเข้มข้นน้อยกว่า 3% ความหนาแน่นของข้อบกพร่องร้ายแรงน้อยกว่า 0.3 อนุภาค / cm2 และความขรุขระของพื้นผิว epitaxis ค่าเฉลี่ยของตาราง Ra คือ น้อยกว่า 0.15 นาโนเมตร ตัวบ่งชี้กระบวนการหลักของเวเฟอร์เอพิแทกเซียลอยู่ในระดับขั้นสูงในอุตสาหกรรม

-

VeTek Semiconductor เป็นผู้ผลิตมืออาชีพของจีนฝ้าเพดานเคลือบ CVD SiC, หัวฉีดเคลือบ CVD SiC, และแหวนทางเข้าเคลือบ SiC-  VeTek Semiconductor มุ่งมั่นที่จะนำเสนอโซลูชันขั้นสูงสำหรับผลิตภัณฑ์ SiC Wafer ต่างๆ สำหรับอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์

ถ้าคุณมีความสนใจในเตาปิดผิว SiC ขนาด 8 นิ้วและกระบวนการโฮโมอีพิแทกเซียลโปรดติดต่อเราโดยตรง

ม็อบ: +86-180 6922 0752

WhatsApp: +86 180 6922 0752

อีเมล์: anny@veteksemi.com