Напредокот на епитаксијалната технологија на Италија LPE 200 мм SIC

Вовед

SIC е супериорен во однос на Si во многу апликации заради неговите супериорни електронски својства како што се стабилност на висока температура, широк опсег, јачина на електрично поле со висока дефект и висока термичка спроводливост. Денес, достапноста на системите за влечење на електрични возила се подобрува значително како резултат на поголема брзина на префрлување, повисоки работни температури и помала термичка отпорност на транзисторите на ефектот на полупроводникот на полупроводникот на SIC метал оксид (MOSFET). Пазарот за електрични уреди со седиште во SIC порасна многу брзо во последните неколку години; Затоа, побарувачката за висококвалитетни, без дефекти и униформни SIC материјали е зголемена.

Во текот на изминатите неколку децении, добавувачите на подлогата 4H-SiC беа во можност да ги зголемат дијаметрите на обландата од 2 инчи на 150 mm (задржувајќи го истиот квалитет на кристалот). Денес, главната големина на нафора за SiC уредите е 150 mm, а со цел да се намалат трошоците за производство по единица уред, некои производители на уреди се во раните фази на воспоставување фабрики од 200 mm. За да се постигне оваа цел, покрај потребата од комерцијално достапни наполитанки SiC од 200 mm, многу е посакувана и способноста за изведба на еднообразна епитаксија на SiC. Затоа, по добивањето на квалитетни 200 mm SiC подлоги, следниот предизвик ќе биде да се изврши висококвалитетен епитаксијален раст на овие подлоги. LPE дизајнираше и изгради хоризонтален целосно автоматизиран CVD реактор со еден кристален топол ѕид (наречен PE1O8) опремен со повеќезонски систем за имплантација способен за обработка на подлоги од SiC до 200 mm. Овде, ги известуваме неговите перформанси на епитаксијата од 150 mm 4H-SiC, како и прелиминарните резултати на епиваферите од 200 mm.

Резултати и дискусија

PE1O8 е целосно автоматизиран систем на касета до касета дизајниран да обработува дофри до 200 мм SIC. Форматот може да се префрли помеѓу 150 и 200мм, минимизирајќи го прекинувањето на алатките. Намалувањето на фазите на греење ја зголемува продуктивноста, додека автоматизацијата го намалува трудот и го подобрува квалитетот и повторливоста. За да се обезбеди ефикасен и процес на конкурентна епитаксија, пријавени се три главни фактори: 1) брз процес, 2) висока униформност на дебелината и допингот, 3) минимизирано формирање на дефекти за време на процесот на епитаксијата. Во PE1O8, малата графитна маса и автоматизираниот систем за вчитување/истовар овозможуваат стандардното извршување да се заврши за помалку од 75 минути (стандарден рецепт за диоди од 10 μm Schottky користи стапка на раст од 30 μm/h). Автоматизираниот систем овозможува вчитување/истовар на високи температури. Како резултат, и времето за греење и ладење се кратки, додека веќе го потиснуваат чекорот за печење. Ваквите идеални услови овозможуваат раст на вистински неподготвен материјал.

Компактноста на опремата и нејзиниот триканален систем за вбризгување резултираат со разновиден систем со високи перформанси и при допинг и униформност на дебелината. Ова беше изведено со помош на симулации за пресметковна динамика на флуиди (CFD) за да се обезбеди споредлив проток на гас и рамномерност на температурата за формати на подлогата од 150 mm и 200 mm. Како што е прикажано на слика 1, овој нов систем за вбризгување испорачува гас подеднакво во централните и страничните делови на комората за таложење. Системот за мешање гас овозможува варијација на локално дистрибуираната хемија на гасот, дополнително проширувајќи го бројот на прилагодливи параметри на процесот за да се оптимизира епитаксијалниот раст.

Слика 1 Симулирана големина на брзина на гас (горе) и температура на гас (дно) во процесиската комора PE1O8 во рамнина што се наоѓа на 10 мм над подлогата.

Другите карактеристики вклучуваат подобрен систем за ротација на гас кој користи алгоритам за контрола на повратни информации за да ги изедначи перформансите и директно да ја измери брзината на вртење и новата генерација на PID за контрола на температурата. Параметрите на процесот на епитаксијата. Процес на епитаксијален раст на N-Type 4H SIC беше развиен во прототипна комора. Трихлорозилан и етилен се користеле како претходници на силиконски и јаглеродни атоми; H2 се користеше како носач на гас и азот се користеше за допинг од типот N. Комерцијални комерцијални подлоги од 150мм SI и SIC подложни подлоги од 200 мм се користеа за да растат дебелина од 6,5μm дебели 1 × 1016cm-3 n-допирани 4H-SIC епилејри. Површината на подлогата беше гравирана на лице место со помош на проток H2 на покачена температура. По овој чекор за гравирање, тампон слој од типот N се одгледува со употреба на ниска стапка на раст и низок сооднос C/SI за да се подготви слој за измазнување. Згора на овој тампон слој, активен слој со висока стапка на раст (30 μm/час) беше депониран со помош на повисок однос C/Si. Развиениот процес потоа беше пренесен во реакторот PE1O8 инсталиран во шведскиот објект Св. Слични параметри на процесите и дистрибуција на гас беа користени за примероци од 150мм и 200мм. Доброто подесување на параметрите за раст беше одложено на идните студии, како резултат на ограничениот број на достапни подлоги од 200 мм.

Очигледната дебелина и допинг перформансите на примероците беа оценети со FTIR и CV жива сонда, соодветно. Површинската морфологија беше испитана со микроскопија на Номарски диференцијална интерференцијална контраст (NDIC), а густината на дефектот на епислојите беше измерена со Candela. Прелиминарните резултати. Прелиминарните резултати од допингот и униформноста на дебелината од 150 mm и 200 mm епитаксијално израснати примероци обработени во комората за прототип се прикажани на слика 2. Епислоевите растеа рамномерно по површината на подлогите од 150 mm и 200 mm, со варијации на дебелината (σ/средна ) дури 0,4% и 1,4%, соодветно, и допинг варијации (σ-средно) дури 1,1% и 5,6%. Внатрешните вредности на допинг беа приближно 1×1014 cm-3.

Слика 2 Дебелина и профили на допинг од 200 мм и 150 мм епивафери.

Повторливоста на процесот беше испитана со споредување на варијациите на трчање до извршување, што резултира во варијации на дебелина што е ниска од 0,7% и варијациите на допинг до 3,1%. Како што е прикажано на Слика 3, новите резултати од процесот од 200 мм се споредливи со најсовремените резултати претходно добиени на 150мм од реакторот PE1O6.

Слика 3 Дебелина на слој по слој и униформност на допинг на примерок од 200 мм обработена од прототипна комора (горе) и најсовремен примерок од 150 мм, фабрикуван од PE1O6 (дно).

Во однос на површинската морфологија на примероците, NDIC микроскопијата потврди мазна површина со грубост под опсегот на микроскопот што може да се открие. Резултати од PE1O8. Процесот потоа беше префрлен во реактор PE1O8. Дебелината и униформноста на допингот на епиваферите од 200 mm се прикажани на Слика 4. Епислоевите растат рамномерно долж површината на подлогата со дебелина и допинг варијации (σ/средно) до 2,1% и 3,3%, соодветно.

Слика 4 Дебелина и допинг профил на 200мм Епивафер во реактор PE1O8.

За да се испита густината на дефектот на епитаксијално одгледуваните наполитанки, користена е кандела. Како што е прикажано на сликата. Вкупните густини на дефекти од 5, дури 1,43 cm-2 и 3,06 cm-2 беа постигнати на примероците од 150 mm и 200 mm, соодветно. Затоа, вкупната достапна површина (TUA) по епитаксијата беше пресметана да биде 97% и 92% за примероците од 150mm и 200mm, соодветно. Вреди да се спомене дека овие резултати беа постигнати само по неколку трки и може дополнително да се подобрат со фино прилагодување на параметрите на процесот.

Слика 5 Мапи со дефекти на Кандела со дебелина од 6 мм 200мм (лево) и 150мм (десно) епивафери одгледувани со PE1O8.

Заклучок

Овој труд го претставува ново дизајнираниот реактор CVD-wallид PE1O8 и неговата способност да изврши униформа епитакси на 4H-SIC на подлоги од 200мм. Прелиминарните резултати на 200мм се многу ветувачки, со варијации на дебелина дури 2,1% на површината на примерокот и варијациите на перформансите на допинг до 3,3% на површината на примерокот. ТУА по епитаксијата беше пресметана да биде 97% и 92% за примероците од 150мм и 200мм, соодветно, а ТУА за 200мм се предвидува да се подобри во иднина со повисок квалитет на подлогата. Имајќи предвид дека резултатите од подлоги од 200 мм пријавени овде се засноваат на неколку групи на тестови, веруваме дека ќе биде можно понатамошно подобрување на резултатите, кои веќе се блиску до најсовремените резултати на примероци од 150 мм, од страна на Подесување на параметрите за раст.