Kemajuan teknologi epitaxial 200mm SiC LPE Italia

Pambuka

SiC luwih unggul tinimbang Si ing pirang-pirang aplikasi amarga sifat elektronik sing unggul kayata stabilitas suhu dhuwur, celah pita lebar, kekuatan medan listrik sing rusak, lan konduktivitas termal sing dhuwur. Saiki, kasedhiyan sistem traksi kendaraan listrik saya tambah akeh amarga kecepatan ganti sing luwih dhuwur, suhu operasi sing luwih dhuwur, lan resistensi termal sing luwih murah saka transistor efek medan semikonduktor oksida logam SiC (MOSFET). Pasar kanggo piranti daya basis SiC wis tuwuh kanthi cepet sajrone sawetara taun kepungkur; mulane, panjaluk kanggo bahan SiC sing berkualitas, tanpa cacat, lan seragam wis tambah.

Sajrone sawetara dekade kepungkur, pemasok substrat 4H-SiC wis bisa nggedhekake diameter wafer saka 2 inci nganti 150 mm (njaga kualitas kristal sing padha). Saiki, ukuran wafer utama kanggo piranti SiC yaiku 150 mm, lan kanggo nyuda biaya produksi saben unit piranti, sawetara produsen piranti ing tahap awal nggawe 200 mm fab. Kanggo nggayuh tujuan kasebut, saliyane butuh wafer SiC 200 mm sing kasedhiya kanthi komersial, kemampuan kanggo nindakake epitaksi SiC seragam uga dikarepake. Mula, sawise entuk substrat SiC 200 mm sing apik, tantangan sabanjure yaiku nindakake pertumbuhan epitaxial sing berkualitas ing substrat kasebut. LPE wis ngrancang lan mbangun reaktor CVD horisontal tunggal horisontal kanthi otomatis (jenenge PE1O8) sing dilengkapi sistem implantasi multi-zona sing bisa ngolah nganti substrat SiC 200mm. Ing kene, kita nglaporake kinerja ing epitaksi 150mm 4H-SiC uga asil awal ing epiwafer 200mm.

Asil lan Diskusi

PE1O8 minangka sistem kaset-kanggo-kaset otomatis sing dirancang kanggo ngolah wafer SiC nganti 200mm. Format kasebut bisa diowahi antarane 150 lan 200mm, nyuda wektu mateni alat. Pengurangan tahap pemanasan nambah produktivitas, dene otomasi nyuda tenaga kerja lan nambah kualitas lan keterulangan. Kanggo mesthekake proses epitaksi efisien lan biaya-kompetitif, telung faktor utama dilapurake: 1) proses cepet, 2) uniformity dhuwur saka kekandelan lan doping, 3) minimal formasi cacat sak proses epitaxy. Ing PE1O8, massa grafit cilik lan sistem loading / unloading otomatis ngidini roto standar rampung ing kurang saka 75 menit (resep standar 10μm Schottky diode nggunakake tingkat wutah saka 30μm / h). Sistem otomatis ngidini loading / unloading ing suhu dhuwur. Akibaté, wektu panas lan cooling cendhak, nalika wis nyuda langkah baking. Kahanan sing cocog kasebut ngidini tuwuh materi sing ora diopeni.

Komplek peralatan lan sistem injeksi telung saluran kasebut nyebabake sistem serba guna kanthi kinerja sing dhuwur ing loro-lorone lan keragaman kekandelan. Iki ditindakake simulasi cairan Dinamika (CFD) kanggo mesthekake aliran gas sing bisa dibandhingake lan keseragaman suhu kanggo 150 mm format. Kaya sing ditampilake ing Gambar 1, sistem injeksi anyar iki ngirim kanthi seragam gas ing bagian tengah lan lateral saka kamar pemososan. Sistem campuran gas mbisakake variasi kimia gas distribusi lokal, luwih akeh nambah paramèter proses sing bisa diatur kanggo ngoptimalake pertumbuhan EPitoxial.

Figure 1 Simulasi magnitudo kecepatan gas (ndhuwur) lan suhu gas (ngisor) ing kamar proses PE1O8 ing bidang dumunung 10 mm ndhuwur landasan.

Fitur liyane kalebu sistem rotasi gas apik sing nggunakake algoritma kontrol umpan balik kanggo Gamelan kinerja lan langsung ngukur kacepetan rotasi, lan generasi anyar PID kanggo kontrol suhu. Parameter proses epitaksi. Proses pertumbuhan epitaxial 4H-SiC tipe-n dikembangake ing kamar prototipe. Trichlorosilane lan etilena digunakake minangka prekursor kanggo atom silikon lan karbon; H2 digunakake minangka gas pembawa lan nitrogen digunakake kanggo doping tipe-n. Substrat SiC komersial 150mm Si-ngadhepi lan substrat SiC 200mm riset-bahan digunakake kanggo tuwuh 6,5μm nglukis 1 × 1016cm-3 n-doped 4H-SiC epilayers. Lumahing substrate etched in situ nggunakake aliran H2 ing suhu munggah pangkat. Sawise langkah etsa iki, lapisan buffer n-jinis iki thukul nggunakake tingkat wutah kurang lan rasio C / Si kurang kanggo nyiapake lapisan smoothing. Ing ndhuwur lapisan penyangga iki, lapisan aktif kanthi tingkat pertumbuhan dhuwur (30μm / h) didepositake kanthi nggunakake rasio C / Si sing luwih dhuwur. Proses sing dikembangake banjur ditransfer menyang reaktor PE1O8 sing dipasang ing fasilitas Swedia ST. Parameter proses sing padha lan distribusi gas digunakake kanggo sampel 150mm lan 200mm. Penyetelan paramèter wutah ditundha kanggo sinau ing mangsa ngarep amarga jumlah substrat 200 mm sing kasedhiya.

Kekandelan ketebalan lan ngetrapake kinerja conto sing dievaluasi dening Ftir lan CV Mercury satelit, masing-masing. Morfologi lumahing diselidiki kontras Seringcopy Bedane Nomarski, lan kapadhetan akilayer diukur Candela. Asil awal. Asil awal saka keragaman lan kekandelan saka 150 mm lan conto sing diproses ing tokoh 2. Epilayer tuwuh seragam ing ndhuwur 150 mm, kanthi variasi kekandelan (σ / tegese ) as low as 0.4% and 1.4%, respectively, and doping variations (σ-mean) as low as 1.1% and 5.6%. Nilai doping intrinsik kira-kira 1 × 1014 cm-3.

Gambar 2 ketebalan lan profil doping 200 mm lan epiwafers 150 mm.

Baleni proses kasebut diselidiki kanthi mbandhingake variasi roto-kanggo-run, nyebabake variasi kekandelan kurang kaya 0,7% lan variasi doping kurang 3,1%. Kaya sing ditampilake ing Gambar 3, asil proses 200mm sing paling anyar dibandhingake karo asil seni negara sing sadurunge dipikolehi ing 150mm dening reaktor pe1o6.

Figure 3 Layer-by-layer kekandelan lan doping uniformity saka sampel 200mm diproses dening kamar prototipe (ndhuwur) lan negara-saka-saka-gambar sampel 150mm fabricated dening PE1O6 (ngisor).

Babagan morfologi lumahing conto conto, mikroskop ndic dikonfirmasi permukaan sing lancar kanthi kekerasan ing ngisor sing bisa dideteksi ing mikroskop. Asil PE1O8. Proses kasebut banjur ditransfer menyang reaktor pe1o8. Kekandelan lan dopokan keseragaman ing Epiwaher 200mm ditampilake ing Gambar 4. Epilayers tuwuh seragam ing njaba permukaan sing ana ing permukaan (σ / tegese) kurang saka 2.1% lan 3.3%.

Gambar 4 Ketebalan lan profil doping saka epiwafer 200mm ing reaktor PE1O8.

Kanggo neliti kapadhetan cacat wafer sing ditanam kanthi epitaxially, candela digunakake. Minangka ditampilake ing tokoh. Kapadhetan cacat total 5 nganti 1,43 cm-2 lan 3,06 cm-2 diraih ing sampel 150mm lan 200mm. Total area kasedhiya (TUA) sawise epitaxy mulane diitung dadi 97% lan 92% kanggo sampel 150mm lan 200mm. Perlu dicathet yen asil kasebut mung bisa digayuh sawise sawetara mlaku lan bisa luwih apik kanthi nyetel paramèter proses.

Figure 5 Peta cacat Candela saka 6μm nglukis 200mm (kiwa) lan 150mm (tengen) epiwafers thukul karo PE1O8.

Kesimpulan

Makalah iki nampilake reaktor CVD tembok panas PE1O8 sing mentas dirancang lan kemampuane kanggo nindakake epitaksi 4H-SiC seragam ing substrat 200mm. Asil awal ing 200mm janjeni banget, kanthi variasi ketebalan nganti 2,1% ing permukaan sampel lan variasi kinerja doping nganti 3,3% ing permukaan sampel. TUA sawise epitaxy diitung dadi 97% lan 92% kanggo sampel 150mm lan 200mm, lan TUA kanggo 200mm diprediksi bakal nambah ing mangsa ngarep kanthi kualitas substrat sing luwih dhuwur. Ngelingi yen asil ing substrat 200mm sing dilaporake ing kene adhedhasar sawetara set tes, kita percaya manawa bakal bisa nambah asil, sing wis cedhak karo asil paling canggih ing conto 150mm, kanthi fine-tuning paramèter wutah.