Италияның LPE 200 мм SiC эпитаксиалды технологиясының прогрессі

Кіріспе

SIC жоғары температуралы тұрақтылық, кең жолақ, электр өрісінің жоғары деңгейі, жоғары деңгейдегі жоғары деңгейлі және жоғары жылу өткізгіштік сияқты көптеген қосымшалардан жоғары деңгейден жоғары. Бүгінгі таңда көлік құралдарының тартылысы жоғары жылдамдықтың, жоғары температураның жоғары температураларына және SIC металл оксидінің жартылай өткізгіштерінің жартылай өткізгіш өрісінің термиялық кедергісіне байланысты едәуір жақсарады (MOSFETS). Соңғы жылдары SIC негізіндегі қуат көздері үшін нарық өте тез өсті; Сондықтан жоғары сапалы, ақаусыз және бірыңғай SIC материалдарына сұраныс артты.

Соңғы бірнеше онжылдықтар ішінде 4H-SIC субстраттық жеткізушілері вафли диаметрлерін 2 дюймнан 150 мм-ге дейін масштабтап алды (бірдей кристалды сапаны сақтау). Бүгінгі таңда SIC құрылғылары үшін вафлидің негізгі мөлшері 150 мм, ал бір блоктың шығынын азайту мақсатында құрылғының кейбір өндірушілері 200 мм • фаб құрастырудың алғашқы сатысында. Осы мақсатқа жету үшін, коммерциялық тұрғыдан қол жетімді 200 мм SIC WAWS-тің қажеттілігіне қосымша, біркелкі SIC Epitaxy-ді орындау мүмкіндігі де өте қажет. Сондықтан, сапалы 200 мм SIC субстратын алғаннан кейін, келесі міндет осы субстрат бойынша жоғары сапалы эпитаксиалды өсуді жүзеге асыруы керек. LPE көлденең жалғыз кристалды кристалды ыстық қабырғаға толығымен автоматтандырылған CVD-дің толық автоматтандырылған реакторын құрастырған (PE1O8 деп аталады), 200 мм сандық субстрацияны өңдеуге қабілетті көп аймақтық имплантация жүйесімен жабдықталған. Мұнда біз оның жұмысы 150 мм 4H-SIC эпитаксиінде, сондай-ақ 200 мм эпиверлерде алдын-ала нәтижелер туралы хабарлаймыз.

Нәтижелер мен пікірталас

PE1O8 - бұл 200 мм-ге дейінгі кассета-кассета жүйесі. Форматты 150 және 200 мм, кішірейту құралының жұмыс уақытын қысқартуға болады. Жылу старкаларының төмендеуі өнімділікті арттырады, сонымен бірге автоматика еңбекті азайтады және сапаны және қайталануды жақсартады. Тиімді және шығындар эпитакси процесін қамтамасыз ету үшін үш негізгі факторлар хабарлайды: 1) жылдам процесс, 2) қалыңдығы мен допингінің жоғары біркелкілігі, 3) эпитакси процесінде азайтылған ақау пайда болуы. PE1O8-де, кішкене графит массасы және автоматтандырылған жүк тиеу / түсіру жүйесі стандартты жүгіруге 75 минуттан аз уақыт ішінде аяқталады (стандартты 10 мкм Шотлы диодты реоцепциясы өсу қарқынын 30 мкм / сағ) құрайды. Автоматтандырылған жүйе жоғары температурада жүктеуге / түсіруге мүмкіндік береді. Нәтижесінде қыздыру және салқындату уақыты қысқа, ал пісіру қадамын басқан кезде. Мұндай идеалды жағдайлар шынымен белгіленген материалдың өсуіне мүмкіндік береді.

Жабдықтың жинақылығы және оның үш арналы бүрку жүйесі қоспалау және қалыңдық біркелкілігінде жоғары өнімділігі бар әмбебап жүйені береді. Бұл 150 мм және 200 мм субстрат пішімдері үшін салыстырмалы газ ағыны мен температураның біркелкілігін қамтамасыз ету үшін есептеу сұйықтығының динамикасын (CFD) модельдеу арқылы орындалды. 1-суретте көрсетілгендей, бұл жаңа айдау жүйесі тұндыру камерасының орталық және бүйір бөліктерінде газды біркелкі береді. Газ араластыру жүйесі эпитаксиалды өсуді оңтайландыру үшін реттелетін процесс параметрлерінің санын одан әрі кеңейте отырып, жергілікті таралған газ химиясын өзгертуге мүмкіндік береді.

1-сурет Газдың жылдамдығы (жоғарғы) және газдың температурасы (жоғарғы) және газдың температурасы (төменгі), субстраттың үстіндегі 10 мм ұзындықтағы PE1O8 технологиялық камерасында.

Басқа мүмкіндіктерге өнімділікті тегістеу және айналу жылдамдығын тікелей өлшеу үшін кері байланысты басқару алгоритмін пайдаланатын жақсартылған газды айналдыру жүйесі және температураны бақылауға арналған PID жаңа буыны кіреді. Эпитаксия процесінің параметрлері. Прототиптік камерада n-типті 4H-SiC эпитаксиалды өсу процесі әзірленді. Кремний және көміртек атомдарының прекурсорлары ретінде трихлоросилан мен этилен пайдаланылды; Тасымалдаушы газ ретінде Н2, ал азот n-типті қоспалау үшін пайдаланылды. 6,5 мкм қалыңдықтағы 1×1016 см-3 n-қосылмалы 4H-SiC эпилайерлерін өсіру үшін Si беті бар коммерциялық 150 мм SiC субстраттары және зерттеуге арналған 200 мм SiC субстраттары пайдаланылды. Субстрат беті жоғары температурада H2 ағыны арқылы in situ өңделген. Осы өңдеу қадамынан кейін тегістеу қабатын дайындау үшін төмен өсу жылдамдығы және төмен C/Si қатынасы арқылы n-типті буферлік қабат өсірілді. Осы буферлік қабаттың үстіне жоғары өсу жылдамдығы (30мкм/сағ) бар белсенді қабат жоғарырақ C/Si қатынасы арқылы қойылды. Содан кейін әзірленген процесс ST шведтік қондырғысында орнатылған PE1O8 реакторына ауыстырылды. Ұқсас процесс параметрлері мен газды бөлу 150 мм және 200 мм үлгілер үшін қолданылды. Өсу параметрлерін дәл баптау қол жетімді 200 мм субстраттардың шектеулі санына байланысты болашақ зерттеулерге кейінге қалдырылды.

Үлгілердің айқын қалыңдығы мен допингтік өнімділігі FTIR және CV сынапты зондпен бағаланды. Жер бетіндегі морфологияны номарский дифференциалды кедергілері бойынша контраст (NDIC) микроскопиясы зерттелді, ал эпиляторлардың ақаулық тығыздығы шамдармен өлшенді. Алдын-ала нәтижелер. Допинг пен қалыңдығының алдын-ала нәтижелері, прототиптер камерасында 90 мм және 200 мм эфирлік өсірілген үлгілер 2-суретте көрсетілген. Эпиляторлар қалыңдығы 150 мм және 200 мм субстрат, қалыңдығы өзгереді (σ / орташа) ) 0,4% және 1,4%, тиісінше, допинг және допингтің төмендеуі (орташа) (орташа) 1,1% және 5,6% құрайды. Ішкі допинг мәндері шамамен 1 × 1014 см-3 болды.

2-сурет 200 мм және 150 мм эпиваферлердің қалыңдығы мен қоспа профильдері.

Процестің қайталану мүмкіндігі жүгіруден-жүруге дейінгі вариацияларды салыстыру арқылы зерттелді, нәтижесінде қалыңдығы 0,7%-ға дейін төмен және 3,1%-ға дейін легирленген вариациялар болды. 3-суретте көрсетілгендей, 200 мм жаңа технологиялық нәтижелер бұрын PE1O6 реакторы арқылы 150 мм-де алынған заманауи нәтижелермен салыстыруға болады.

3-сурет Прототиптік камерамен (жоғарғы) өңделген 200 мм үлгінің қабат-қабат қалыңдығы және қоспалау біркелкілігі және PE1O6 (төменгі) арқылы жасалған соңғы үлгідегі 150 мм үлгі.

Үлгілердің беткі морфологиясына қатысты NDIC микроскопиясы микроскоптың анықталған диапазонынан төмен тегіс бетті растады. PE1O8 нәтижелері. Содан кейін процесс PE1O8 реакторына ауыстырылды. 200 мм эфирдің қалыңдығы мен допинг біркелкі болуы 4-суретте көрсетілген. Эпилайнерлер субстратерлердің қалыңдығы мен допинг түрлері бар, тиісінше 2,1% және 3,3% құрайды.

4-сурет. PE1O8 реакторында 200 мм эпиляфердің қалыңдығы және допинг профилі.

Эпитаксистік өсірілген вафлидің ақаулық тығыздығын зерттеу үшін шамдар пайдаланылды. Суретте көрсетілгендей. Жалпы ақаулық тығыздықтары 5-тен 1,43 см-2 және 3,06 см-2, сәйкесінше 150 мм және 200 мм үлгілерде қол жеткізілді. Эпитаксиден кейін жалпы қол жетімді аудан (тума), осылайша 97% және 92%, сәйкесінше 150 мм және 200 мм үлгілер үшін 97% -ға есептелді. Айта кету керек, бұл нәтижелер бірнеше жүгіруден кейін ғана қол жеткізілген және оны технологиялық параметрлерді дәлдеу арқылы одан әрі жақсартуға болатындығын атап өткен жөн.

5-сурет. Кандела ақауларының ақаулары 6 мкм қалыңдығы 200 мм (сол жақта) және 150 мм (оң жақта) және 150 мм (оң жақта) Epiwawers PE1O8-мен өсіріледі.

Қорытынды

Бұл мақалада жаңадан жасалған PE1O8 ыстық қабырғалы CVD реакторы және оның 200 мм субстраттарда біркелкі 4H-SiC эпитаксисін орындау мүмкіндігі берілген. 200 мм бойынша алдын ала нәтижелер өте перспективалы, қалыңдығының ауытқулары үлгі бетінде 2,1%-ға дейін, ал қоспалау өнімділігі үлгі бетінде 3,3%-ға дейін төмен. Эпитаксиядан кейінгі TUA сәйкесінше 150 мм және 200 мм үлгілер үшін 97% және 92% деп есептелді, ал 200 мм үшін TUA болашақта субстрат сапасы жоғарырақ жақсарады деп болжануда. Мұнда келтірілген 200 мм субстраттардағы нәтижелер бірнеше сынақ жиынына негізделгенін ескере отырып, біз 150 мм үлгілердегі соңғы нәтижелерге жақын нәтижелерді одан әрі жақсартуға болады деп сенеміз. өсу параметрлерін дәл баптау.