इटालीको LPE को 200mm SiC epitaxial प्रविधि प्रगति

परिचय

यसको उच्च इलेक्ट्रोनिक गुणहरू जस्तै उच्च तापमान स्थिरता, फराकिलो ब्याटाउन, फराकिलो ब्याप्टोप, फराकिलो ब्याप्टोप, फराकिलो ब्याप्टोप, फराकिलो ब्याप्टोप, फराकिलो ब्याप्टोप, फराकिलो ब्याप्टोप, फराकिलो ब्याप्टोप, फराकिलो ब्याप्टोप, फराकिलो ब्याप्टोप, फराकिलो ब्याप्टोपल गुणहरूको कारण si si भन्दा उच्च छ। आज उच्च सञ्चालन गति, उच्च अपरेटिंग तापमान क्षेत्रफल (मस्फेटहरू) को तल्लो अपरेटिंग गति, उच्च अपरेटिंग तापमान, कम थर्मिजल प्रतिरोधको कारण विद्युत सवारी प्रणालीहरूको उपलब्धता सुधार भइरहेको छ। SIC-आधारित सत्ता उपकरणहरूको लागि बजार विगत केही वर्षको बारेमा धेरै छिटो बढेको छ; त्यसकारण, उच्च-गुणवत्ता, दोषफूल, र अर्थ-मुक्त, र अर्थमा सिद्धको लागि मांग बढेको छ।

विगतका केही दशकहरूमा, 4H-SiC सब्सट्रेट आपूर्तिकर्ताहरूले वेफर व्यासलाई 2 इन्चबाट 150 मिमी (सही क्रिस्टल गुणस्तर कायम राख्दै) मापन गर्न सक्षम भएका छन्। आज, SiC यन्त्रहरूको लागि मुख्यधाराको वेफर साइज 150 mm छ, र प्रति एकाइ उपकरणको उत्पादन लागत घटाउनको लागि, केही उपकरण निर्माताहरू 200 mm fabs स्थापना गर्ने प्रारम्भिक चरणमा छन्। यो लक्ष्य हासिल गर्न, व्यावसायिक रूपमा उपलब्ध 200 मिमी SiC वेफरहरूको आवश्यकताको अतिरिक्त, समान SiC epitaxy प्रदर्शन गर्ने क्षमता पनि अत्यधिक वांछनीय छ। तसर्थ, राम्रो गुणस्तर 200 मिमी SiC सब्सट्रेटहरू प्राप्त गरेपछि, अर्को चुनौती यी सब्सट्रेटहरूमा उच्च-गुणस्तरको एपिटेक्सियल वृद्धि प्रदर्शन गर्नु हुनेछ। LPE ले 200mm SiC सब्सट्रेटहरू सम्म प्रशोधन गर्न सक्ने बहु-जोन इम्प्लान्टेसन प्रणालीसँग सुसज्जित एक तेर्सो सिंगल क्रिस्टल हट-वाल पूर्ण रूपमा स्वचालित CVD रिएक्टर (PE1O8 नाम दिइएको) डिजाइन र निर्माण गरेको छ। यहाँ, हामी यसको प्रदर्शन 150mm 4H-SiC epitaxy साथै 200mm epiwafers मा प्रारम्भिक परिणामहरू रिपोर्ट गर्छौं।

परिणाम र छलफल

PE1O8 200mm SiC wafers सम्म प्रशोधन गर्न डिजाइन गरिएको एक पूर्ण स्वचालित क्यासेट-टू-क्यासेट प्रणाली हो। ढाँचा 150 र 200mm बीच स्विच गर्न सकिन्छ, उपकरण डाउनटाइम न्यूनतम। तताउने चरणहरूको कमीले उत्पादकता बढाउँछ, जबकि स्वचालनले श्रम घटाउँछ र गुणस्तर र पुनरावृत्तिमा सुधार गर्दछ। एक कुशल र लागत-प्रतिस्पर्धी एपिटेक्सी प्रक्रिया सुनिश्चित गर्न, तीन मुख्य कारकहरू रिपोर्ट गरिएका छन्: 1) द्रुत प्रक्रिया, 2) मोटाई र डोपिङको उच्च एकरूपता, 3) एपिटेक्सी प्रक्रियाको समयमा कम दोष गठन। PE1O8 मा, सानो ग्रेफाइट मास र स्वचालित लोडिङ/अनलोडिङ प्रणालीले मानक रनलाई ७५ मिनेटभन्दा कममा पूरा गर्न अनुमति दिन्छ (एक मानक १०μm Schottky डायोड रेसिपीले 30μm/h को वृद्धि दर प्रयोग गर्दछ)। स्वचालित प्रणालीले उच्च तापमानमा लोड / अनलोड गर्न अनुमति दिन्छ। नतिजाको रूपमा, दुबै ताप र चिसो समय छोटो छ, जबकि बेकिंग चरणलाई पहिले नै दबाइन्छ। त्यस्ता आदर्श अवस्थाहरूले साँच्चै अनडप गरिएको सामग्रीको वृद्धिलाई अनुमति दिन्छ।

उपकरणको कम्प्याक्ट्यूकरण र यसको तीन च्यानल इंजेक्शन प्रणालीले दुबै doping र मोटाई को एकरूपतामा उच्च प्रदर्शनको साथ बहु-च्यानल प्रणालीको परिणाम दिन्छ। यो कम्प्यूटेशनल तरल पदार्थ मार्गनिर्देशन (CFD) तुलनात्मक ग्यास प्रवाह र तापमान एक समानता र तापमान एकरूपता र 200 MM र 200 मिलीएम सब्सट्रेट ढाँचाहरूको लागि हो। चित्र 1 मा देखाईएको रूपमा, यो नयाँ इंजेक्शन प्रणालीले ग्यासको केन्द्रीय र ल्याटेरेल भागहरूमा ग्यास प्रदान गर्दछ। ग्यास मिश्रित प्रणालीले स्थानीय रूपमा वितरण गरेको ग्यास रसायन विज्ञानको भिन्नता सक्षम गर्दछ, संयोजनीय प्रक्रियाको संख्या बढाउँदा, एपिट्याजिकल वृद्धि अनुकूलन गर्न।

चित्र 1 सिमुलेक्ट ग्यास वेग वेगन परिमाण (शीर्ष) र ग्यास तापमान (तल्लो) र ग्यास तापमान (तल) एक विमानमा 10 मिमीलाई प्रतिस्थापन माथि 10 मिमीमा अवस्थित छ।

अन्य सुविधाहरूमा सुधारिएको ग्यास रोटेशन प्रणाली समावेश छ जसले कार्यसम्पादनलाई सहज बनाउन प्रतिक्रिया नियन्त्रण एल्गोरिदम प्रयोग गर्दछ र सीधा रोटेशन गति मापन गर्दछ, र तापमान नियन्त्रणको लागि PID को नयाँ पुस्ता। Epitaxy प्रक्रिया प्यारामिटरहरू। एक n-प्रकार 4H-SiC epitaxial वृद्धि प्रक्रिया प्रोटोटाइप च्याम्बरमा विकसित गरिएको थियो। Trichlorosilane र ethylene सिलिकन र कार्बन परमाणुहरूको लागि अग्रगामी रूपमा प्रयोग गरियो; H2 वाहक ग्यासको रूपमा प्रयोग गरिएको थियो र नाइट्रोजन एन-टाइप डोपिङको लागि प्रयोग गरिएको थियो। Si-faceed 150mm SiC सब्सट्रेटहरू र अनुसन्धान-ग्रेड 200mm SiC सब्सट्रेटहरू 6.5μm बाक्लो 1×1016cm-3 n-doped 4H-SiC एपिलेयरहरू बढ्न प्रयोग गरियो। सब्सट्रेट सतह माथिल्लो तापक्रममा H2 प्रवाह प्रयोग गरेर स्थितिमा कोरिएको थियो। यस नक्कली चरण पछि, एक n-प्रकारको बफर तह कम वृद्धि दर र कम C/Si अनुपात प्रयोग गरी एक चिकनी तह तयार गर्न को लागी बढाइएको थियो। यस बफर तहको शीर्षमा, उच्च वृद्धि दर (30μm/h) भएको सक्रिय तह उच्च C/Si अनुपात प्रयोग गरी जम्मा गरिएको थियो। त्यसपछि विकसित प्रक्रियालाई ST को स्वीडिश सुविधामा स्थापित PE1O8 रिएक्टरमा स्थानान्तरण गरियो। समान प्रक्रिया प्यारामिटरहरू र ग्यास वितरण 150mm र 200mm नमूनाहरूको लागि प्रयोग गरियो। उपलब्ध 200 मिमी सब्सट्रेटहरूको सीमित संख्याको कारणले गर्दा वृद्धि प्यारामिटरहरूको राम्रो ट्युनिङ भविष्यका अध्ययनहरूमा स्थगित गरियो।

नमूनाहरूको स्पष्ट मोटाई र डोपिङ प्रदर्शन क्रमशः FTIR र CV पारा जाँच द्वारा मूल्याङ्कन गरिएको थियो। सतह मोर्फोलोजी नोमार्स्की डिफरेंशियल इन्टरफेरेन्स कन्ट्रास्ट (NDIC) माइक्रोस्कोपी द्वारा अनुसन्धान गरिएको थियो, र एपिलेयरहरूको दोष घनत्व क्यान्डेला द्वारा मापन गरिएको थियो। प्रारम्भिक परिणामहरू। प्रोटोटाइप च्याम्बरमा प्रशोधन गरिएको 150 मिमी र 200 मिमी एपिटेक्सली रूपमा बढेको नमूनाहरूको डोपिङ र मोटाई एकरूपताको प्रारम्भिक नतिजाहरू चित्र 2 मा देखाइएको छ। एपिलेयरहरू 150 मिमी र 200 मिमी सब्सट्रेटहरूको सतहमा समान रूपमा बढेका छन्, मोटाईमा भिन्नताहरू 0.4% को रूपमा कम र 1.4%, क्रमशः, र डोपिङ भिन्नताहरू (σ-mean) 1.1% र 5.6% को रूपमा कम। आन्तरिक डोपिङ मानहरू लगभग 1 × 1014 सेमी-3 थिए।

चित्र 2 मोटाई र 200 मिमी र 1 1500 मिलीएम एपियवफरहरूको डोपिंग प्रोफाइलहरू।

प्रक्रियाको दोहोरिने योग्यता रन-टु-रन भिन्नताहरू तुलना गरेर अनुसन्धान गरिएको थियो, परिणामस्वरूप मोटाई भिन्नताहरू 0.7% र डोपिङ भिन्नताहरू 3.1% को रूपमा कम। चित्र 3 मा देखाइए अनुसार, नयाँ 200mm प्रक्रिया परिणामहरू पहिले PE1O6 रिएक्टर द्वारा 150mm मा प्राप्त अत्याधुनिक परिणामहरूसँग तुलना गर्न सकिन्छ।

आंकडा tilet लेयर-लेयर मोटाई र एक 200mmm नमूना को एक संभवतः एक प्रोटोटाइप कक्ष (शीर्ष) द्वारा प्रशोधित एक prootype Stressed र एक राज्य-को एक राज्य-को एक राज्य-को एक राज्य-को एक राज्य-को एक राज्य-को एक राज्य-को एक राज्य-को एक राज्य-एक राज्य - एक राज्य-को एक राज्य-को एक राज्य-को एक राज्य-को एक राज्य-एक राज्य-को एक राज्य-एक राज्य - एक राज्य-एक राज्य - एक राज्य-एक राज्य--0mage नमूना

नमूनाहरूको सतह आकारविज्ञानको सन्दर्भमा, NDIC माइक्रोस्कोपीले माइक्रोस्कोपको पत्ता लगाउन सकिने दायरा मुनि खुरदराको साथ चिल्लो सतह पुष्टि गर्‍यो। PE1O8 परिणामहरू। त्यसपछि प्रक्रिया PE1O8 रिएक्टरमा हस्तान्तरण गरियो। 200mm epiwafers को मोटाई र डोपिङ एकरूपता चित्र 4 मा देखाइएको छ। एपिलेयरहरू क्रमशः 2.1% र 3.3% को रूपमा कम मोटाई र डोपिङ भिन्नताहरू (σ/mean) संग सब्सट्रेट सतहमा समान रूपमा बढ्छन्।

चित्र Mg बाक्लोपन र एक 200MM M एपियवाफरको एक PE1O EPIWAFEFFER को डोप गर्दै।

एपिटाइक्चरल उब्जनी वेफरको दोष घनत्वको छानबिन गर्न, क्यान्जाला प्रयोग भयो। चित्रमा देखाइएको रूपमा। 1 1500 सेन्टीमिटर र 200 मिलीएम र 200MM नमूनाहरूमा कम त्रुटि पूर्ण कमजोरी घनहरू हासिल गरियो। उपनिवेश पछि कुल उपलब्ध क्षेत्र (TAA) ले क्रमशः %%% र% 2 2 2 %% को गणना गरीन्छ र 200MMM नमूनाहरूको लागि। यी नतिजाहरू केही रन पछि मात्र प्राप्त भएको उल्लेख गर्दै उल्लेखनीय छ र थप ट्युनिंगले प्रक्रिया प्यारामिटरहरूले राम्रो-ट्युनिंगबाट अझ सुधार गर्न सकिन्छ।

चित्र 5 PE1O8 सँग हुर्किएको 6μm बाक्लो 200mm (बायाँ) र 150mm (दायाँ) एपिवेफरहरूको क्यान्डेला दोष नक्सा।

निष्कर्ष

यो कागजले नयाँ डिजाइन गरिएको PESO8 हट-भित्ता CVD रिभरोर र यसको क्षमता 200 मिटर सब्सट्रेटहरूमा वर्दी प्रदर्शन गर्ने क्षमता प्रस्तुत गर्दछ। 200 मिमीममा प्रारम्भिक परिणामहरू धेरै आशावादी छन्, नमूना सतह र डोपिंग प्रदर्शन भिन्नताहरू नमूना सतहमा 3..3% को रूपमा कम एपिटक्सक्साइक्सलाई 1 1500 मिमी र 200 मिमिम नमूनाहरू, क्रमशः, क्रमशः %%% र% 2% हुन गणना गरिएको थियो, र 200 मिमीका लागि मुवाको लागि उच्च सब्सट्रेट क्वालिटीको साथ प्रशस्त छ। यहाँ रिपोर्ट गरिएको 200MM सुव्यवचत परिणामहरू परीक्षणको केही सेटमा आधारित छन्, हामी विश्वास गर्दछौं कि परिणामहरू 1 1500 मिलीएम नमूनाहरूमा राज्य-एर्टको नजिक छन्। बृद्धि प्यारामिटरहरू।