Italiako LPEren 200 mm SiC epitaxial teknologiaren aurrerapena

Sarrera

SiC-a Si baino handiagoa da aplikazio askotan, bere propietate elektronikoak direla eta, hala nola, tenperatura altuko egonkortasuna, banda zabala, matxura handiko eremu elektrikoaren indarra eta eroankortasun termiko handia. Gaur egun, ibilgailu elektrikoen trakzio-sistemen erabilgarritasuna nabarmen hobetzen ari da kommutazio-abiadura handiagoak, funtzionamendu-tenperatura handiagoak eta SiC metal oxidoaren erdieroaleen eremu-efektuko transistoreen (MOSFET) erresistentzia termiko baxuagoen ondorioz. SiC-n oinarritutako potentzia-gailuen merkatua oso azkar hazi da azken urteotan; hortaz, kalitate handiko, akatsik gabeko eta uniforme SiC materialen eskaria areagotu egin da.

Azken hamarkadetan, 4H-SIC substratu hornitzaileek 2 hazbeteko diametroak eskalatu ahal izan dituzte 2 hazbeteko 150 mm-ra (kristal kalitate bera mantenduz). Gaur egun, SIC gailuentzako ogibide nagusiaren tamaina 150 mm da, eta ekoizpen kostua unitateko gailu bakoitzeko murrizteko, gailu fabrikatzaile batzuk 200 mm-ko fabrika ezartzeko hasierako faseetan daude. Helburu hori lortzeko, 200 mm-ko SIC Wafers komertzialki eskuragarri izateko beharra gain, SIC epitaxia uniformea ​​egiteko gaitasuna ere oso nahi da. Hori dela eta, kalitate oneko 200 mm-ko SIC substratu lortu ondoren, hurrengo erronka substratu horien gaineko kalitate handiko hazkunde epitaxiala egitea izango da. LPEk kristal beroko horizontala diseinatu eta eraiki du, CVD erreaktore guztiz automatizatua (PE1O8 izenekoa) 200mm SIC Substrates-era prozesatzeko gai den zona anitzeko inplantazio sistema batez hornituta. Hemen, bere emanaldiaren berri ematen dugu 150mm-ko 4h-sic epitaxian eta 200mm Epiwafers-en aurretiazko emaitzak ere.

Emaitzak eta Eztabaida

PE1O8 kasete-kasete sistema guztiz automatizatua da, 200 mm-ko SiC obleak prozesatzeko diseinatua. Formatoa 150 eta 200 mm artean alda daiteke, tresnaren geldialdi-denbora gutxituz. Berokuntza-etapeen murrizketak produktibitatea areagotzen du, eta automatizazioak eskulana murrizten du eta kalitatea eta errepikakortasuna hobetzen ditu. Epitaxia prozesu eraginkorra eta kostu-lehiakorra bermatzeko, hiru faktore nagusiren berri ematen da: 1) prozesu azkarra, 2) lodiera eta dopinaren uniformetasun handia, 3) epitaxia prozesuan akatsen eraketa minimizatua. PE1O8-n, grafito-masa txikiak eta karga/deskarga automatizatu sistemak lasterketa estandarra 75 minutu baino gutxiagoan egitea ahalbidetzen du (10μm-ko Schottky diodoaren errezeta estandarrak 30μm/h-ko hazkunde-tasa erabiltzen du). Sistema automatizatuak tenperatura altuetan karga/deskarga ahalbidetzen du. Ondorioz, berotzeko eta hozteko denbora laburrak dira, eta dagoeneko gozogintza urratsa kendu egiten da. Baldintza ideal horiek benetan dopatu gabeko materiala haztea ahalbidetzen dute.

Ekipamenduen trinkotasunak eta hiru kanaleko injekzio sistemak sistema polifazetikoa da, dopin eta lodieraren uniformetasunean errendimendu handia duena. Fluido konputazionalen dinamika (CFD) simulazioak erabiliz egin zen, 150 mm-ko eta 200 mm-ko substratu formatuetarako gasaren fluxu eta tenperatura uniformetasuna konparatzeko. 1. irudian erakusten den moduan, injekzio sistema berri honek gasa modu uniformean ematen du deposizio ganberaren erdiko eta alboko ataletan. Gasak nahasteko sistemak lokalean banatutako gasaren kimikaren aldakuntza ahalbidetzen du, prozesu erregulagarriaren parametro kopurua zabaltzeko, hazkunde epitaxiala optimizatzeko.

1. Irudia Simulatutako gasaren abiaduraren magnitudea (goian) eta gasaren tenperatura (behean) PE1O8 prozesu-ganberan substratuaren gainetik 10 mm-ra kokatutako plano batean.

Beste ezaugarri batzuk hobetu gabeko gas biraketa sistema bat da, errendimendua leuntzeko eta biraketa abiadura zuzenean neurtzeko eta zuzenean neurtzeko tenperatura kontrolatzeko. Epitario prozesuaren parametroak. N-motako 4h-sic hazkunde epituxial prozesua garatu zen prototipo ganbera batean. Trichlorosilane eta etilenoa silizio eta karbono atomoen aitzindaritzat erabili ziren; H2 garraiolari gas gisa erabili zen eta nitrogenoa n motako dopinetarako erabili zen. SI-aurpegiko 150mm-aurrez aurre sic substratuak eta ikerketa-maila 200mm SIC substratuak 6,5μm lodiera 1 × 1016CM-3 N-Doped 4H-SIP 4H-SIP 4H-Doped hazteko erabili ziren. Substratuaren gainazala SITU-n grabatu zen H2 fluxu bat tenperatura altuetan erabiliz. Grabaketa urrats honen ondoren, N motako bufferraren geruza hazi egin zen hazkunde tasa baxua eta C / SI baxua erabiliz, leuntzeko geruza prestatzeko. Buffer geruza honen gainean, hazkunde-tasa handia duen geruza aktiboa (30μm / h) metatu zen C / SI ratio handiagoa erabiliz. Garatutako prozesua PE1O8 erreaktore batera transferitu zen S Suediako instalazioan instalatuta. Antzeko prozesuen parametroak eta gasaren banaketa erabili ziren 150mm eta 200mm laginetarako. Hazkunde parametroen sintonizazio fina atzeratu zen etorkizuneko ikerketetara, 200 mm-ko substratu kopuru mugatuagatik.

Laginen itxurazko lodiera eta dopinaren errendimendua FTIR eta CV Mercury Probak ebaluatu ziren, hurrenez hurren. Gainazaleko morfologia nomarski interferentziaren kontraste diferentzialak (NDIC) mikroskopia ikertu zuen, eta epilayers-en akatsak neurtu zituen Candelak. Aurretiazko emaitzak. Prototipoen ganbaran prozesatutako 150 mm-ko eta 200 mm-ko luzera duten laginen aurretiazko emaitzak 2. irudian. Epilakariak modu uniformean hazi ziren 150 mm-ko eta 200 mm-ko substratuen gainazalean, lodiera aldakuntzak (σ / batez bestekoak) )% 0,4 eta% 1,4, hurrenez hurren eta dopinaren aldakuntzak (σ-batez bestekoa)% 1,1 eta% 5,6. Intrinsic doping balioak gutxi gorabehera 1 × 1014 cm-3 ziren.

2. irudia Lodiera eta dopin profilak 200 mm-ko eta 150 mm epiwafers.

Prozesuaren errepikagarritasuna ikertu da exekuzioaren aldakuntzak konparatuz, eta ondorioz, lodiera% 0,7ko eta doping aldakuntzak% 3,1 bezain txikiak izan dira. 3. irudian erakusten den moduan, 200mm prozesuaren emaitza berriak PE1O6 erreaktore batek 150mm-ko biztanleen emaitzarekin konparatzen dira.

3. irudia 3. geruzaren geruza lodiera eta dopina 200mm-ko lagin baten prototipo-ganbera batek (goian) eta PE1O6 (behean) fabrikatutako 150mm-ko laginak prozesatzen ditu.

Laginen gainazaleko morfologiari dagokionez, NDIC mikroskopiak mikroskopioaren eremu detektagarritik beherako zimurtasuna duen gainazal leuna baieztatu zuen. PE1O8 emaitzak. Ondoren, prozesua PE1O8 erreaktore batera eraman zuten. 200 mm-ko epiwafer-en lodiera eta dopin-uniformitatea 4. Irudian agertzen dira. Epigeruzak uniformeki hazten dira substratuaren gainazalean lodiera eta dopinaren aldaerak (σ/batez bestekoa) % 2,1 eta % 3,3 bezain baxuekin, hurrenez hurren.

4. irudia 200 mm-ko epiwafer baten lodiera eta dopin-profila PE1O8 erreaktore batean.

Epitaxialki hazitako obleen akatsen dentsitatea ikertzeko, kandela erabili zen. Irudian ikusten den bezala. 1,43 cm-2 eta 3,06 cm-2-ko 5 akatsen dentsitate osoak lortu dira 150 mm eta 200 mm-ko laginetan, hurrenez hurren. Beraz, epitaxiaren ondoren eskuragarri dagoen azalera osoa (TUA) % 97 eta % 92koa dela kalkulatu zen 150 mm eta 200 mm-ko laginetarako, hurrenez hurren. Aipatzekoa da emaitza hauek exekuzio gutxi batzuen ondoren bakarrik lortu zirela eta prozesuaren parametroak finkatuta hobetu daitezkeela.

5. Irudia PE1O8rekin hazitako 6μm-ko lodierako 200 mm (ezkerrean) eta 150 mm (eskuinean) epiwafer-en Candela akatsen mapak.

Bukaera

Artikulu honek diseinatu berri duen PE1O8 Hot-Wall CVD erreaktorea eta 4h-sic epitaxia uniformea ​​200mm substratuetan egiteko duen gaitasuna aurkezten du. 200mm-ko aurretiazko emaitzak oso itxaropentsuak dira, lodiera aldakuntzak% 2,1 baxuak dira, laginaren gainazaleko eta dopinaren errendimenduaren aldakuntzak% 3,3 laginaren gainazalean. Epitaxia ondoren, Tua% 97 eta% 92 izan da kalkulatu 150mm eta 200mm laginetarako, hurrenez hurren, eta 200mm-ko TUA Etorkizunean hobetzea aurreikusten da substratu kalitate handiagoarekin. 200mm-ko substratuen emaitzak hemen jakinarazi direla kontuan hartuta, proba multzo batzuetan oinarrituta dagoela uste dugu, 150mm-ko laginen arabera, punta-puntako emaitzak hobetzea posible dela uste dugu. Hazkunde parametroak ondo moldatzea.