운송 산업이 요동치는 내연 기관에서 벗어나 조용한 전기 자동차 시대로 전환하는 초기 단계에 있다는 것을 알기 위해 헌신적인 추종자가 될 필요는 없습니다. 이러한 전환의 징후는 전기 버스, 자전거 및 자동차의 형태로 거리에서 바로 볼 수 있습니다. 전기의 미래로 향하는 길이 우리 앞에 놓여 있지만 SiC와 같은 화합물 반도체 없이는 그 길에 도달할 수 없습니다.

자동차 및 청정 에너지 분야의 제조업체는 더 높은 전압을 수용할 수 있고, 더 빠른 스위칭 속도를 가지며, 기존 실리콘 기반 전력 장치보다 더 낮은 손실을 제공할 수 있는 보다 효율적인 전력 장치를 원합니다. 이는 트렌치 구조를 갖춘 SiC 전력 장치가 제공할 수 있는 기능입니다.

그러나 트렌치 기반 아키텍처는 온 저항을 줄이고 캐리어 이동성을 높이는 반면 복잡성은 증가합니다. SiC 전력 장치 제조업체의 경우 에피층 성장과 이러한 트렌치의 주입층 깊이를 정확하게 측정하는 능력은 특히 계속해서 증가하는 제조 복잡성에 직면할 때 상당한 관심사입니다.

. 이전 블로그 이 시리즈에서는 FTIR 기반을 사용하는 방법을 살펴보았습니다. 체계 캐리어 농도와 필름 두께를 직접 모델링할 수 있으므로 SiC 전력 장치 제조업체는 에피 층 성장, 임플란트 층 및 구성을 더 잘 측정할 수 있습니다. 이번 회에서는 트렌치 기반 구조를 갖춘 SiC 전력 장치 제조업체가 다음을 사용하여 트렌치 깊이와 바닥 및 상단 임계 치수(CD)를 측정하는 방법을 살펴봅니다. 광학 임계 치수(OCD) 계측 시스템 특수 장치용으로 설계되었습니다.

보이지 않는 도전

트렌치 기반 아키텍처로 SiC 전력 장치를 측정할 때 핵심 과제는 재진입형 및 수직으로 함몰된 구조가 하향식 계측에서는 보이지 않는다는 것입니다. 이는 CD-SEM(임계 차원 주사 전자 현미경) 및 이미지 기반 현미경과 같은 접근법에 적용됩니다. 따라서 제조업체는 치수 측정을 위해 OCD로 전환했습니다. OCD는 10초도 채 걸리지 않는 비파괴 측정을 제공하고 옹스트롬 수준의 반복성으로 매우 정확하며 복잡한 3D 구조에서 XNUMX개의 매개변수를 동시에 측정할 수 있는 데이터가 풍부한 계측 기술입니다.

전력 장치 시장용으로 설계된 OCD 시스템을 통해 제조업체는 박막 측정의 표준인 분광 타원편광법(SE)과 편광 분광 반사법(SR)을 사용하는 경우가 많습니다. SE는 경사 입사에서 2D 및 3D 주기적 구조의 심자외선(DUV)부터 근적외선(NIR)까지의 정반사율을 수집하는 데 사용되는 반면, SR에서는 수직 입사를 제외하고 동일합니다. 여기에는 단점이 있습니다. 간접적인 방법인 OCD에는 복잡한 분광 데이터를 해석하는 모델이 필요합니다. 결과적으로 OCD 측정은 부정확할 수 있으며 설정 시간이 길어질 수 있습니다. 하지만 좋은 소식이 있습니다. MGML(모델 기반 기계 학습) 알고리즘이 정확성과 해결 시간을 향상할 수 있다는 것입니다.

본 연구에서는 SE와 SR을 사용하여 SiC 전력 소자의 트렌치 기반 구조를 측정한 후 RCWA 기반 EM 솔버를 사용하여 데이터를 분석했습니다. 이 정보는 고급 프로세스 제어를 실행하는 데 사용되었습니다.

OCD는 SiC 트렌치 MOSFET 공정 흐름의 여러 공정 단계에서 사용될 수 있지만 트렌치 후 식각 측정이 특히 중요합니다. 트렌치 식각은 하단 폭, 하단 라운딩, 측벽 각도, 깊이 및 측벽 거칠기가 항복 전압, 온 저항, 채널 이동성 및 시간에 따른 게이트 산화막 항복을 비롯한 주요 성능 속성에 영향을 미치기 때문에 핵심입니다. SiC 에칭은 매우 단단한 물질이고 화학적으로 안정하며 SiO2에 대한 선택성이 낮기 때문에 까다롭습니다.₂ 하드 마스크.

그림 1: 분광 타원편광법과 수직 입사 반사법 OCD 채널의 스펙트럼 변화.

연구의 첫 번째 적용을 위해 우리는 1개의 웨이퍼에 대한 트렌치 식각 단계에서 실험 계획(DOE)을 처리했습니다. 트렌치 깊이를 왜곡시키기 위해 에칭 시간을 다양하게 변경했습니다. 그림 2은 명확한 DOE와 함께 웨이퍼별로 그룹화된 SE 및 수직 입사 반사 측정 OCD 채널의 스펙트럼 변화를 보여줍니다. 그림 XNUMX는 물리적 모델과 XNUMX개의 웨이퍼에 대한 동일한 사이트의 실험 구조에 적합한 모델을 보여줍니다. 또한 상관 관계가 뛰어난 DOE 조건을 기반으로 평균 트렌치 깊이와 예상 깊이를 보여줍니다.

그림 2: 물리적 모델과 모델은 XNUMX개의 DOE 웨이퍼의 실험 구조에 적합합니다.

두 번째 적용을 위해 이전 예의 트렌치 구조를 확장했습니다. 이전 DOE는 트렌치 깊이에 중점을 두었지만 트렌치 바닥 폭을 포함하여 모델의 다른 주요 매개변수를 고려해야 하는 필요성도 관련이 있었고 측정이 필요했습니다. 그런 다음 개별 OCD 채널인 SE와 SR을 사용하고 두 채널을 함께 사용하여 시뮬레이션을 비교했습니다(그림 3). 두 채널을 결합하여 트렌치 깊이를 측정할 수 있었습니다. SE 채널 자체는 하단 CD와 상단 CD를 측정하는 데 사용되었습니다. 따라서 우리는 트렌치 식각 단계에서 트렌치 깊이, 하단 및 상단 CD를 포함하여 장치 수율과 성능에 영향을 미치는 모든 주요 매개변수를 측정하는 것이 OCD 계측을 사용하여 가능하다는 것을 확인했습니다.

그림 3: 스펙트럼 타원편광법(SE), 수직 입사(NI), SE와 NI 결합을 사용한 시뮬레이션 비교. 

결론

화합물 반도체 전력 장치가 없다면 앞길은 막다른 골목으로 이어질 수도 있습니다. 그러나 SiC 전력 장치 제조에는 몇 가지 중요한 공정 제어 문제가 있으며, 그 중 하나는 트렌치 구조를 정확하게 측정하는 것입니다. 이전 블로그에서 논의한 FTIR 기반 시스템과 매우 유사합니다. “FTIR을 사용하여 SiC 전력 장치 성능 개선,” OCD 계측은 SiC 전력 장치 제조업체에 이러한 장애물을 확실하고 명확하게 해결할 수 있는 여러 옵션을 제공합니다.

이 시리즈의 마지막 블로그인 다음 블로그에서는 피코초 초음파가 트렌치 기반 SiC 전력 장치 제조에 어떻게 사용될 수 있는지 살펴보겠습니다. 우리는 당신이 우리와 함께하기를 바랍니다.