Напредак италијански ЛПЕ епитаксијалне технологије од 200 мм СиЦ

Увод

СиЦ је супериорнији у односу на Си у многим применама због својих супериорних електронских својстава као што су стабилност високе температуре, широки појас, велика јачина електричног поља при пробоју и висока топлотна проводљивост. Данас је доступност вучних система електричних возила значајно побољшана захваљујући већим брзинама пребацивања, вишим радним температурама и нижем топлотном отпору СиЦ метал-оксидних полупроводничких транзистора са ефектом поља (МОСФЕТ). Тржиште енергетских уређаја заснованих на СиЦ-у је веома брзо расло у последњих неколико година; стога је повећана потражња за висококвалитетним, без дефекта и уједначеним СиЦ материјалима.

Током протеклих неколико деценија, добављачи од 4 х-сиц су успели да размењују пречнике од 2 инча на 150 мм (одржавање истог квалитета кристала). Данас је величина маинстреам вафера за СИЦ уређаје 150 мм и у циљу смањења трошкова производње по јединици уређаја, неки произвођачи уређаја су у раним фазама оснивања 200 мм Фабс. Да би се постигао овај циљ, поред потребе за комерцијално доступним 200 мм СИЦ вафла, могућност извођења униформне једине епитаксије је такође веома жељена. Стога, након добијања доброг квалитета 200 мм субстрате СИЦ, следећи изазов ће бити извршавање висококвалитетног епитаксијалног раста ових подлога. ЛПЕ је дизајнирала и изградила хоризонтални појединачни кристално хот-зид потпуно аутоматизовани ЦВД реактор (по имену ПЕ1О8) опремљен мулти-зони систем имплантације који може да обрађује до 200 мм субстратес. Овде пријављујемо његову представу на 150 мм 4Х-СИЦ епитакшију, као и прелиминарне резултате на 200 мм епиваферима.

Резултати и дискусија

ПЕ1О8 је потпуно аутоматизовани систем касета до касета дизајниран да обрађује до 200 мм сиц вафла. Формат се може пребацити између 150 и 200 мм, умањивање временског прекида алата. Смањење фаза грејања повећава продуктивност, док аутоматизација смањује рад и побољшава квалитет и поновљивост. Да би се осигурао ефикасан и конкурентни процес епитаксије, извештавају се три главне факторе: 1) брз процес, 2) велика уједначена уједначена дебљина и допинг, 3) минимизирала формација оштећења током процеса епитакте. У ПЕ1О8, мала графитна маса и аутоматизовани систем за утовар / истовар омогућавају да се стандардно траје за мање од 75 минута (стандардни рецепт за дишњак од 10 уМ Сцхоттки користи стопу раста од 30 μм / х). Аутоматизовани систем омогућава учитавање / истовар на високим температурама. Као резултат тога, и време грејања и хлађења су кратке, док већ потискујете корак за биковницу. Такви идеални услови омогућавају раст заиста неискоришћеног материјала.

Компактност опреме и њеног троканалног система убризгавања резултира свестраним системом са високим перформансама и уједначености допинга и дебљине. То је изведено коришћењем симулација рачунарске течности (ЦФД) како би се осигурао упоредиви проток гаса и температурно уједначеност за формате подлоге од 150 мм и 200 мм. Као што је приказано на слици 1, овај нови систем убризгавања доноси равномерно гас равномерно у централним и бочним деловима Коморе за таложење. Систем мешања гаса омогућава варијација локално дистрибуиране гасне хемије, која даље проширује број подесивих параметара процеса за оптимизацију епитаксијалног раста.

Слика 1 Симулирана величина брзине гаса (врх) и температура гаса (дно) у процесној комори ПЕ1О8 у авиону која се налази на 10 мм изнад подлоге.

Остале карактеристике укључују побољшани систем ротације гаса који користи алгоритам за контролу повратне спреге да углади перформансе и директно мери брзину ротације, као и нову генерацију ПИД-а за контролу температуре. Параметри процеса епитаксије. Процес епитаксијалног раста н-типа 4Х-СиЦ развијен је у прототипској комори. Трихлоросилан и етилен су коришћени као прекурсори за атоме силицијума и угљеника; Х2 је коришћен као гас носач, а азот је коришћен за допирање н-типа. Комерцијални 150 мм СиЦ супстрати са СиЦ и истраживачки 200 мм СиЦ супстрати су коришћени за узгој 6,5 μм дебелих 1 × 1016 цм-3 н-допираних 4Х-СиЦ епислојева. Површина супстрата је урезана ин ситу помоћу протока Х2 на повишеној температури. После овог корака јеткања, пуферски слој н-типа је узгајан коришћењем ниске стопе раста и ниског Ц/Си односа да би се припремио слој за изравнавање. На врху овог пуферског слоја, активни слој са високом стопом раста (30 μм/х) је депонован коришћењем већег Ц/Си односа. Развијени процес је затим пребачен у ПЕ1О8 реактор инсталиран у СТ-овом шведском постројењу. Слични параметри процеса и дистрибуција гаса коришћени су за узорке од 150 мм и 200 мм. Фино подешавање параметара раста је одложено за будућа истраживања због ограниченог броја доступних супстрата од 200 мм.

Привидна дебљина и допинг перформанси узорака оцењена је сондом ФТИР и ЦВ Меркури, респективно. Површинским морфологијом је истраживала номарски диференцијални интерференцијски контраст (Ндић) микроскопију, а густина оштећења епилепта мерена је Цанделом. Прелиминарни резултати. Прелиминарни резултати уједначености допинг и дебљине од 150 мм и 200 мм, узорковани узорци прототипа приказани су на слици 2. Епилаири су се равномерно расле уз површину од 150 мм и 200 мм подлога, са варијацијама дебљине (Σ / средња вредност) ) Смањивање од 0,4% и 1,4%, односно варијације допинг (средња вредност) чак 1,1% и 5,6%. Интринзичне допинг вредности биле су око 1 × 1014 цм-3.

Слика 2 дебљина и допинг профила од 200 мм и 150 мм епивафери.

Поновљивост процеса је испитана упоређивањем варијација од једног до другог, што је резултирало варијацијама дебљине од чак 0,7% и варијацијама допинга од чак 3,1%. Као што је приказано на слици 3, нови резултати процеса од 200 мм су упоредиви са најсавременијим резултатима који су претходно добијени на 150 мм у ПЕ1О6 реактору.

Слика 3 дебљина слоја и допингановодност узорка 200 мм обрађеног прототип комора (врх) и врхунске 150 мм узорка произведене од стране ПЕ1О6 (дно).

Што се тиче морфологије површине узорака, НДИЦ микроскопија је потврдила глатку површину са храпавостом испод опсега који се може детектовати микроскопом. ПЕ1О8 резултати. Процес је затим пребачен у ПЕ1О8 реактор. Дебљина и уједначеност допинга епивафера од 200 мм приказани су на слици 4. Епислојеви равномерно расту дуж површине супстрата са варијацијама дебљине и допинга (σ/средња вредност) од чак 2,1% и 3,3%, респективно.

Слика 4. Дебљина и профил допинга епивафера од 200 мм у ПЕ1О8 реактору.

Да би се истражила густина оштећења епитакаксички узгајаних вафла, коришћена је Цандела. Као што је приказано на слици. Укупни густина оштећења од 5 у односу на 1,43 ЦМ-2 и 3,06 ЦМ-2 постигнуте су на узорцима од 150 мм и 200 мм, респективно. Укупна доступна област (Туа) након што је Епитаксија, због тога је израчуната 97%, а 92% за узорке од 150 мм и 200 мм. Вриједно је напоменути да су ови резултати постигнути тек након неколико покрета и могу се даље побољшати фино подешавањем параметара процеса.

Слика 5 Цандела мапе дефекта епивафера од 6 μм дебљине 200 мм (лево) и 150 мм (десно) узгојених са ПЕ1О8.

Закључак

Овај рад представља новодизајнирани ПЕ1О8 ЦВД реактор са врућим зидом и његову способност да изврши униформну 4Х-СиЦ епитаксију на подлогама од 200 мм. Прелиминарни резултати на 200 мм су веома обећавајући, са варијацијама дебљине од чак 2,1% на површини узорка и варијацијама перформанси допинга од чак 3,3% на површини узорка. Израчунато је да ТУА након епитаксије износи 97% и 92% за узорке од 150 мм и 200 мм, а предвиђа се да ће се ТУА за 200 мм побољшати у будућности са вишим квалитетом подлоге. С обзиром да су резултати на подлогама од 200 мм који су овде наведени засновани на неколико сетова тестова, верујемо да ће бити могуће додатно побољшати резултате, који су већ близу најсавременијих резултата на узорцима од 150 мм, фино подешавање параметара раста.