SiCウェハの平坦性に及ぼすエピタキシャル層の厚さの影響

デバイスの高電圧機能、特に高電圧アプリケーションを実現するには、より厚い4H-SiCエピタキシャル層が必要です。その理由は、エピタキシャル層の厚さがデバイスが耐えられる耐圧を直接決定するためです。たとえば、SiC ショットキーダイオード上の 1µm のエピタキシャル層は、約 118V の降伏電圧しかサポートできません。したがって、高電圧デバイス設計の厳しい要件（通常は数千ボルト以上が必要）を満たすためには、エピタキシャル層の厚さは通常、数十から数百マイクロメートルに達する必要があります。高品質で厚いエピタキシャル層を製造するには、欠陥が最小限に抑えられた優れた基板が不可欠です。さらに、反り、反り、全厚さの変動 (TTV) などの SiC ウェーハの幾何学的欠陥は、これらのより厚い層を成長させて統合する際の課題を大幅に悪化させます。

1. SiCエピタキシャルウェーハの厚さと反りの関係

ASTM F534 チップ曲げ基準では、正の曲率の大きさによって、自立型チップの重心最適平面からの +Z 軸分離が決まります。曲率が高くなると分離が大きくなり、曲率が小さくなると分離が小さくなります。研究者らは、研磨されたすべての SiC 基板が負の曲がりを示し、これは Si 表面上の引張応力が上向きに分布していることを示していることを観察しました。基板上に 12μm の SiC エピタキシャル層を成長させると、正のボーイングが誘発され、エピタキシャルの厚さが 31μm を超えると著しく増大します。 Nadeemullah A. Mahadik らによって指摘されているように、このようなウェーハの変形は、ドーピング勾配、熱応力、および拡張欠陥密度の上昇によって引き起こされる格子面の曲率に起因する可能性があります。一方、藤江史宏らは、らは、エピタキシャル層の厚さが増加するとウェーハの反りが増加すること、また、n-エピタキシャル層と n+ 基板の間の窒素濃度の違いが格子定数の違いに影響を与えることを発見しました。

図1 SiC基板とエピタキシャル層の反り変化

2.TTVとLTVVアレーションとともに SiCのエピTヒクネス

TTV および LTV の測定では、バウとは異なり、ウェハをクランプする必要があります。これらは、ウェーハ表面と焦点面の間に観察される最大ギャップと最小ギャップを加算することによって計算されます。 TTV はウェーハ全体の厚さのばらつきを定量化するのに対し、LTV は特定の局所領域内のばらつきを評価します。研究者らは、ウェーハ表面全体に等間隔に配置された 148 個の 10×10 mm 正方形のそれぞれから最大値を抽出することにより、LTV パラメータを決定しました。

図 2 と 3 は、TTV と LTV がエピタキシャル層の厚さと正の相関関係があり、特に 31μm を超えるとより顕著な成長傾向が見られることを示しています。さらに、研究者らは、LTV 値がウェーハのエッジ領域で最も高く、エピタキシャル層の厚さが増加するにつれて、中央領域とエッジ領域の間の LTV の差がより顕著になることを発見しました。

図2 SiCエピタキシャル厚さによるTTVの変化