Italiako LPEren 200 mm-ko 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 hazi egin da.

Azken hamarkadetan, 4H-SiC substratu hornitzaileek obleen diametroak 2 hazbetetik 150 mm-ra igo ahal izan dituzte (kristalaren kalitate bera mantenduz). Gaur egun, SiC gailuen obleen tamaina 150 mm-koa da, eta gailu unitateko ekoizpen-kostua murrizteko, gailuen fabrikatzaile batzuk 200 mm-ko fabrikak ezartzeko hasierako faseetan daude. Helburu hori lortzeko, merkataritzan eskuragarri dauden 200 mm-ko SiC obleen beharraz gain, SiC epitaxia uniformea ​​egiteko gaitasuna ere oso desiragarria da. Horregatik, kalitate oneko 200 mm-ko SiC substratuak lortu ondoren, substratu horietan kalitate handiko hazkunde epitaxiala egitea izango da hurrengo erronka. LPEk kristal bakarreko horma beroko CVD erreaktore horizontal bat diseinatu eta eraiki du (PE1O8 izenekoa) 200 mm-ko SiC substratuak prozesatzeko gai den zona anitzeko inplantazio-sistemaz hornitua. Hemen, 150 mm-ko 4H-SiC epitaxian izandako errendimenduaren berri ematen dugu, baita 200 mm-ko epiwaferen aurretiazko emaitzen berri 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-etapak murrizteak 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.

Ekipamenduaren trinkotasuna eta hiru kanaleko injekzio sistemak sistema polifazetikoa dakar, errendimendu handikoa bai dopinean bai lodieran uniformetasunean. Fluidoen dinamika konputazionalaren (CFD) simulazioen bidez egin zen, 150 mm eta 200 mm-ko substratu formatuetarako gas-fluxuaren eta tenperatura-uniformitatea konparagarria bermatzeko. 1. Irudian ikusten den bezala, injekzio sistema berri honek gasa uniformeki ematen du deposizio-ganberaren erdiko eta alboko zatietan. Gasak nahasteko sistemak tokian tokiko banatutako gas-kimikaren aldakuntza ahalbidetzen du, prozesu-parametro erregulagarrien kopurua gehiago zabalduz 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 batzuen artean, errendimendua leuntzeko eta biraketa-abiadura zuzenean neurtzeko feedbackaren kontrol-algoritmo bat erabiltzen duen gas biraketa-sistema hobetu bat eta tenperatura kontrolatzeko PID belaunaldi berri bat daude. Epitaxia-prozesuaren parametroak. n motako 4H-SiC hazkuntza epitaxialeko prozesu bat garatu zen ganbera prototipo batean. Triklorosilanoa eta etilenoa silizio eta karbono atomoen aitzindari gisa erabiltzen ziren; H2 gas eramaile gisa erabili zen eta nitrogenoa n motako dopinerako. Si-aurpegiko 150 mm SiC substratu komertzialak eta ikerketa-mailako 200 mm SiC substratuak erabili ziren 6.5μm lodiera 1 × 1016cm-3 n-dopatutako 4H-SiC epigeruza hazteko. Substratuaren gainazala in situ grabatu zen H2 fluxua erabiliz tenperatura altuan. Aguaforteko urrats honen ondoren, n motako buffer geruza bat hazi zen hazkuntza-tasa baxua eta C/Si erlazio baxua erabiliz, leuntzeko geruza bat prestatzeko. Buffer-geruza horren gainean, hazkuntza-tasa handiko (30μm/h) geruza aktibo bat jarri zen C/Si ratio handiagoa erabiliz. Ondoren, garatutako prozesua STren Suediako instalazioetan instalatutako PE1O8 erreaktore batera transferitu zen. 150 mm-ko eta 200 mm-ko laginetarako antzeko prozesu-parametroak eta gas-banaketa erabili dira. Hazkuntza-parametroen doikuntza zehatza etorkizuneko ikerketetara atzeratu zen, 200 mm-ko substratu eskuragarrien kopuru mugatua zela eta.

Laginen itxurazko lodiera eta dopinaren errendimendua FTIR eta CV merkurio zundaren bidez ebaluatu ziren, hurrenez hurren. Gainazaleko morfologia Nomarski interferentzia diferentzialaren kontrastearen (NDIC) mikroskopioaren bidez ikertu zen, eta epigeruzen akatsen dentsitatea Candelak neurtu zuen. Aurretiazko emaitzak. Prototipo-ganberan prozesatutako 150 mm eta 200 mm epitaxialki hazitako laginen dopinaren eta lodieraren uniformetasunaren aurretiazko emaitzak 2. Irudian erakusten dira. Epigeruzak uniformeki hazi ziren 150 mm eta 200 mm-ko substratuen gainazalean, lodiera aldaketekin (σ/batez bestekoa). ) %0,4 eta %1,4, hurrenez hurren, eta dopinaren aldakuntzak (σ-batez bestekoa) %1,1 eta %5,6. Berezko dopinaren balioak 1 × 1014 cm-3 ziren gutxi gorabehera.

2. irudia 200 mm eta 150 mm-ko epiwaferen lodiera eta dopin-profilak.

Prozesuaren errepikagarritasuna korrika batetik bestera aldakuntzak alderatuz ikertu da, eta ondorioz, %0,7ko lodiera aldakuntzak eta %3,1eko dopinaren aldakuntzak izan dira. 3. Irudian ikusten den bezala, 200 mm-ko prozesu-emaitza berriak PE1O6 erreaktore batek 150 mm-tan lortutako puntako emaitzekin alderagarriak dira.

3. Irudia 200 mm-ko lagin baten lodiera eta dopin-uniformitatea geruzaz geruzako ganbera prototipo batek prozesatu (goian) eta PE1O6k fabrikatutako 150 mm-ko puntako lagin baten (behean).

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 fintuz hobetu daitezkeela.

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

Ondorioa

Artikulu honek PE1O8 horma beroko CVD erreaktore diseinatu berria eta 200 mm-ko substratuetan 4H-SiC epitaxia uniformea ​​egiteko duen gaitasuna aurkezten du. 200 mm-ko aurretiazko emaitzak oso itxaropentsuak dira, laginaren gainazalean % 2,1eko lodieraren aldakuntzak eta dopinaren errendimenduaren aldakuntzak laginaren gainazalean % 3,3koak. Epitaxia ondorengo TUA % 97 eta % 92koa dela kalkulatu zen 150 mm eta 200 mm-ko laginetarako, hurrenez hurren, eta 200 mm-ko TUA etorkizunean substratuaren kalitate handiagoarekin hobetuko dela aurreikusten da. Kontuan izanda hemen azaltzen diren 200 mm-ko substratuei buruzko emaitzak saiakuntza-multzo batzuetan oinarritzen direla, uste dugu emaitzak gehiago hobetzea posible izango dela, 150 mm-ko laginen punta-puntako emaitzetatik hurbil daudenak, hain zuzen. Hazkuntza-parametroak doitzea.