Gürleyen içten yanmalı motorlardan elektrikli araçların sessiz günlerine doğru önemli bir geçişin ilk aşamalarında olduğunu bilmek için ulaştırma sektörünün sıkı bir takipçisi olmanıza gerek yok. Bu geçişin işaretleri elektrikle çalışan otobüsler, bisikletler ve arabalar şeklinde sokaklarda görülüyor. Elektrikli geleceğimize giden yol önümüzde ama SiC gibi bileşik yarı iletkenler olmadan oraya varamayacağız.

Otomobil ve temiz enerji sektörlerindeki üreticiler, daha yüksek voltajları karşılayabilen, daha hızlı anahtarlama hızlarına sahip olan ve geleneksel silikon bazlı güç cihazlarına göre daha düşük kayıplar sunan daha verimli güç cihazları istiyor; bu, hendek yapılı SiC güç cihazlarının sağlayabileceği bir şey.

Ancak hendek tabanlı mimariler, daha düşük direnç sunarken ve taşıyıcı hareketliliğini artırırken, artan karmaşıklığı da beraberinde getirir. SiC güç cihazı üreticileri için, epi katman büyümesini ve bu hendeklerdeki implant katmanlarının derinliğini doğru bir şekilde ölçebilme yeteneği, özellikle de giderek artan üretim karmaşıklığıyla karşı karşıya kalındığında önemli bir endişe kaynağıdır.

içinde önceki blog Bu seride FTIR tabanlı bir sistemin nasıl kullanıldığını araştırdık. sistem taşıyıcı konsantrasyonlarının ve film kalınlığının doğrudan modellenmesine olanak tanır, böylece SiC güç cihazı üreticilerinin epi katman büyümesini, implant katmanlarını ve bileşimini daha iyi ölçmesine olanak tanır. Bu bölümde, hendek tabanlı yapılara sahip SiC güç cihazı üreticilerinin hendek derinliğini ve alt ve üst kritik boyutu (CD) bir ölçüm yöntemi kullanarak nasıl ölçtüğünü araştırıyoruz. optik kritik boyut (OCD) metroloji sistemi özel cihazlar için tasarlanmıştır.

Görünmezlik mücadelesi

Hendek tabanlı mimarilere sahip SiC güç cihazlarını ölçerken karşılaşılan temel zorluk şudur: girintili ve dikey olarak girintili yapılar yukarıdan aşağıya metrolojiler tarafından görünmez. Bu, kritik boyut taramalı elektron mikroskobu (CD-SEM) ve görüntü tabanlı mikroskopi gibi yaklaşımlar için geçerlidir. Bu nedenle üreticiler boyutsal metroloji için OKB'ye yöneldi. OKB, bir saniyeden kısa süren tahribatsız ölçümler sunar, angstrom seviyesinde tekrarlanabilirlik ile son derece hassastır ve karmaşık 10 boyutlu yapılarda aynı anda 3'larca parametreyi ölçebilen, veri açısından zengin bir metroloji tekniğidir.

Üreticiler, güç cihazı pazarı için tasarlanan OKB sistemlerinde sıklıkla ince film ölçümleri için altın standart olan spektroskopik elipsometri (SE) ve polarize spektroskopik reflektometri (SR) kullanır. SE, eğik olayda 2D ve 3D periyodik yapılardan derin ultraviyole (DUV) ila yakın kızılötesi (NIR) aralıklarındaki speküler yansımayı toplamak için kullanılırken, SR ile normal olay dışında aynıdır. Bunun bir dezavantajı var: Dolaylı bir yöntem olarak OKB, karmaşık spektroskopik verileri yorumlamak için bir model gerektirir. Sonuç olarak OKB metrolojisi hatalı olabilir ve uzun kurulum sürelerine tabi olabilir. Ancak iyi haber burada: Model kılavuzlu makine öğrenimi (MGML) algoritmaları doğruluğu ve çözüm süresini artırabilir.

Çalışmamızda SiC güç cihazlarındaki bu hendek tabanlı yapıları ölçmek için SE ve SR'yi kullandık ve ardından verileri RCWA tabanlı EM çözücü kullanarak analiz ettik. Bu bilgi daha sonra gelişmiş süreç kontrolünü çalıştırmak için kullanıldı.

OCD, SiC hendek MOSFET proses akışında çeşitli proses adımlarında kullanılabilse de, hendek sonrası aşındırma ölçümleri özellikle ilgi çekicidir. Hendek aşındırma önemlidir çünkü alt genişlik, alt yuvarlama, yan duvar açısı, derinlik ve yan duvar pürüzlülüğü, arıza gerilimi, açık direnç, kanal hareketliliği ve zamana bağlı geçit oksit bozulması dahil olmak üzere temel performans özelliklerine katkıda bulunur. SiC aşındırması zordur çünkü son derece sert bir maddedir, kimyasal olarak stabildir ve SiO'ya karşı düşük seçiciliğe sahiptir.₂ sert maskeler.

Şekil 1: Spektroskopik elipsometri ve normal insidans reflektometri OKB kanallarının spektral değişimi.

Çalışmamızdaki ilk uygulama için, dört levha üzerinde hendek aşındırma adımında bir deney tasarımı (DOE) gerçekleştirdik. Aşındırma süresi, hendek derinliğini değiştirecek şekilde değiştirildi. Şekil 1, net bir DOE ile levhaya göre gruplandırılmış SE ve normal insidans reflektometri OCD kanallarının spektral varyasyonunu göstermektedir. Şekil 2, fiziksel modeli ve dört levha üzerinde aynı sahadaki deneysel yapıya uygun modeli göstermektedir; aynı zamanda mükemmel korelasyonla DOE koşullarına dayalı olarak beklenen derinliğe karşı ortalama hendek derinliğini gösterir.

Şekil 2: Fiziksel model ve model, dört DOE plakası üzerindeki deneysel yapıya uygundur.

İkinci uygulama için önceki örnekteki hendek yapısını genişlettik. Önceki DOE hendek derinliğine odaklanmış olsa da, hendek tabanı genişliği de dahil olmak üzere modeldeki diğer önemli parametrelerin dikkate alınması gerekliliği ilgiliydi ve bu nedenle ölçülmesi gerekiyordu. Daha sonra bireysel OKB kanallarını, SE ve SR'yi ve her iki kanalı birlikte kullanarak simülasyonları karşılaştırdık (şekil 3). Her iki kanalı birleştirerek hendek derinliğini ölçebildik; SE kanalının kendisi alt CD'yi ve üst CD'yi ölçmek için kullanıldı. Bu nedenle, hendek aşındırma adımında hendek derinliği ve alt ve üst CD dahil olmak üzere cihaz verimini ve performansını etkileyen tüm önemli parametrelerin OKB metrolojisini kullanarak ölçülmesinin mümkün olduğunu belirledik.

Şekil 3: Spektral elipsometri (SE), normal insidans (NI) ve birleşik SE ve NI kullanılarak yapılan simülasyonların karşılaştırması. 

Sonuç

Bileşik yarı iletken güç cihazları olmadan, önünüzdeki yol çıkmaza girebilir. Ancak SiC güç cihazı imalatı, pek çok önemli proses kontrolü zorluğuna neden olur; bunlardan biri hendek yapılarının doğru şekilde ölçülmesidir. Önceki blogumuzda tartıştığımız FTIR tabanlı sistemlere çok benzer şekilde, "SiC Güç Cihazı Performansını Artırmak İçin FTIR Kullanımı" OCD metrolojisi, SiC güç cihazı üreticilerine bu engelleri kesin ve net bir şekilde ele almaları için çeşitli seçenekler sunar.

Bu serinin sonuncusu olan bir sonraki blogumuzda, pikosaniyelik ultrasoniklerin hendek tabanlı SiC güç cihazı imalatında nasıl kullanılabileceğine bakacağız. Umarız bize katılırsın.