Вам не нужно быть преданным последователем транспортной отрасли, чтобы знать, что она находится на ранних стадиях значительного перехода от грохота двигателя внутреннего сгорания к тихим дням электромобилей. Признаки этого перехода прямо на улицах в виде электрических автобусов, велосипедов и автомобилей. Дорога в наше электрическое будущее перед нами, но мы не доберемся туда без сложных полупроводников, таких как SiC.

Производителям в автомобильном секторе и секторе экологически чистой энергетики нужны более эффективные силовые устройства, способные выдерживать более высокие напряжения, обладающие более высокой скоростью переключения и обеспечивающие меньшие потери, чем традиционные силовые устройства на основе кремния, что могут обеспечить силовые устройства SiC с канавной структурой.

Но хотя траншейные архитектуры обеспечивают снижение сопротивления включению и повышают мобильность операторов связи, они приводят к увеличению сложности. Для производителей силовых SiC-устройств возможность точно измерить рост эпи-слоя и глубину слоев имплантата в этих траншеях представляет собой серьезную проблему, особенно когда они сталкиваются с постоянно растущей сложностью изготовления.

В предыдущем блоге в этой серии мы рассмотрели, как использовать FTIR-анализ система позволяет напрямую моделировать концентрацию носителей и толщину пленки, что позволяет производителям силовых устройств на основе SiC лучше измерять рост эпи-слоя, слои имплантатов и состав. В этой статье мы рассмотрим, как производители силовых устройств SiC с траншейными конструкциями измеряют глубину траншеи, а также нижний и верхний критические размеры (CD) с помощью оптическая метрологическая система критического размера (OCD) предназначен для специальных устройств.

Задача невидимости

Основная проблема при измерении силовых устройств SiC с траншейной архитектурой заключается в следующем: возвратные и вертикально утопленные структуры невидимы для нисходящих метрологий. Это относится к таким подходам, как сканирующая электронная микроскопия критических размеров (CD-SEM) и микроскопия на основе изображений. Таким образом, производители перешли на OCD для размерной метрологии. OCD предлагает неразрушающие измерения, которые занимают менее секунды, он отличается высокой точностью и повторяемостью на уровне ангстрем, а также представляет собой метрологический метод с большим объемом данных, способный одновременно измерять десятки параметров в сложных трехмерных структурах.

В системах OCD, разработанных для рынка силовых устройств, производители часто используют спектроскопическую эллипсометрию (SE), золотой стандарт для измерений тонких пленок, и поляризованную спектроскопическую рефлектометрию (SR). SE используется для сбора зеркального отражения в диапазоне от глубокого ультрафиолета (DUV) до ближнего инфракрасного диапазона (NIR) от 2D и 3D периодических структур при наклонном падении, в то время как при SR это то же самое, за исключением нормального падения. У этого есть обратная сторона: в качестве косвенного метода ОКР требует модели для интерпретации сложных спектроскопических данных. В результате метрология OCD может быть неточной и требовать длительного времени настройки. Но есть и хорошие новости: алгоритмы машинного обучения на основе моделей (MGML) могут повысить точность и время решения.

В нашем исследовании мы использовали SE и SR для измерения этих траншейных структур в силовых устройствах SiC, а затем анализировали данные с помощью ЭМ-решателя на основе RCWA. Эта информация затем использовалась для расширенного управления процессом.

Хотя OCD можно использовать на нескольких этапах технологического процесса SiC-траншейных МОП-транзисторов, особый интерес представляют измерения после траншейного травления. Травление траншей является ключевым моментом, поскольку ширина дна, закругление дна, угол боковой стенки, глубина и шероховатость боковой стенки влияют на ключевые характеристики производительности, включая напряжение пробоя, сопротивление открытого состояния, подвижность канала и зависящий от времени пробой оксида затвора. Травление SiC представляет собой сложную задачу, поскольку это чрезвычайно твердое вещество, химически стабильное и имеющее низкую селективность по отношению к SiO.₂ жесткие маски.

Рис. 1: Спектральное изменение каналов спектроскопической эллипсометрии и рефлектометрии нормального падения OCD.

Для первого применения в нашем исследовании мы обработали план эксперимента (DOE) на этапе траншейного травления на четырех пластинах. Время травления варьировалось для изменения глубины траншеи. На рис. 1 показано спектральное изменение каналов ОКР SE и рефлектометрии нормального падения, сгруппированных по пластинам, с четким ДОЭ. На рис. 2 показаны физическая модель и модель, соответствующая экспериментальной структуре одного и того же участка на четырех пластинах; он также показывает среднюю глубину траншеи в сравнении с ожидаемой глубиной на основе условий Министерства энергетики с отличной корреляцией.

Рис. 2: Физическая модель и модель, соответствующая экспериментальной структуре на четырех пластинах DOE.

Для второго приложения мы расширили структуру траншеи из предыдущего примера. Хотя предыдущее Министерство энергетики было сосредоточено на глубине траншеи, необходимость учитывать другие ключевые параметры модели, включая ширину дна траншеи, была актуальной и, как таковая, нуждалась в измерении. Затем мы сравнили модели с использованием отдельных каналов OCD, SE и SR, а также обоих каналов вместе (рис. 3). Объединив оба канала, мы смогли измерить глубину траншеи; сам канал SE использовался для измерения нижнего и верхнего CD. Таким образом, мы определили, что измерение всех ключевых параметров, влияющих на производительность и производительность устройства, включая глубину траншеи, а также нижнюю и верхнюю CD, на этапе травления траншеи возможно с использованием метрологии OCD.

Рис. 3: Сравнение моделирования с использованием спектральной эллипсометрии (SE), нормального падения (NI) и комбинированного SE и NI. 

Заключение

Без составных полупроводниковых силовых устройств путь вперед может зайти в тупик. Однако производство силовых устройств на основе карбида кремния сопряжено с рядом серьезных проблем управления процессом, одной из которых является точное измерение траншейных конструкций. Подобно системам на основе FTIR, обсуждавшимся в нашем предыдущем блоге, «Использование FTIR для улучшения производительности силовых устройств на основе карбида кремния», Метрология OCD предоставляет производителям силовых устройств SiC несколько вариантов решения этих препятствий с уверенностью и ясностью.

В нашем следующем блоге, последнем в этой серии, мы рассмотрим, как пикосекундный ультразвук можно использовать при производстве силовых устройств на основе SiC. Мы надеемся, что вы присоединитесь к нам.