Napredek epitaksialne tehnologije 200 mm SiC italijanskega LPE

Uvod

SIC je v mnogih aplikacijah boljši od SI zaradi svojih vrhunskih elektronskih lastnosti, kot so visoka temperaturna stabilnost, širok pas, trdnost električnega polja z visoko razpadom in visoka toplotna prevodnost. Danes se razpoložljivost vlečnih sistemov električnih vozil znatno izboljša zaradi večjih hitrosti preklopa, višjih delovnih temperatur in manjše toplotne odpornosti tranzistorjev polprevodniškega polja s kovinskim oksidom SIC kovinskega oksida (MOSFET). V zadnjih nekaj letih je trg za naprave, ki temeljijo na SIC, zelo hitro zrasel; Zato se je povpraševanje po kakovostnih, brez napak in enotnih materialih SIC povečalo.

V zadnjih nekaj desetletjih so dobavitelji 4H-SIC substrata lahko povečali premere rezin z 2 centimetrov na 150 mm (ohranjanje enake kakovosti kristala). Danes je glavna velikost rezin za naprave SIC 150 mm, da bi zmanjšali proizvodne stroške na enoto naprave, so nekateri proizvajalci naprav v zgodnjih fazah vzpostavitve 200 mm Fabs. Za dosego tega cilja je zelo zaželena tudi poleg potrebe po komercialno dostopnih 200 mm SIC rezine tudi sposobnost izvajanja enotne sic epitaksije. Zato bo naslednji izziv po pridobitvi kakovostnih 200 mm SIC substratov izvesti kakovostno epitaksialno rast na teh podlagah. LPE je zasnoval in izdelal vodoravni enkratni kristalni popolnoma avtomatiziran CVD reaktor (imenovan PE1O8), opremljen z več-conskim implantacijskim sistemom, ki lahko obdela do 200 mm SIC substratov. Tukaj poročamo o njegovi uspešnosti na 150 mm 4H-SIC epitaksiji in predhodnih rezultatih na 200 mm epivaferjev.

Rezultati in razprava

PE1O8 je popolnoma avtomatiziran sistem od kasete do kasete, zasnovan za obdelavo do 200 mm SiC rezin. Format je mogoče preklapljati med 150 in 200 mm, kar zmanjša čas izpada orodja. Zmanjšanje stopenj ogrevanja poveča produktivnost, avtomatizacija pa zmanjša delo ter izboljša kakovost in ponovljivost. Za zagotovitev učinkovitega in stroškovno konkurenčnega postopka epitaksije so navedeni trije glavni dejavniki: 1) hiter postopek, 2) visoka enakomernost debeline in dopinga, 3) minimalno nastajanje napak med postopkom epitaksije. V PE1O8 majhna masa grafita in avtomatiziran sistem za nalaganje/razkladanje omogočata, da se standardna serija izvede v manj kot 75 minutah (standardni recept za diode Schottky 10 μm uporablja hitrost rasti 30 μm/h). Avtomatiziran sistem omogoča nakladanje/razkladanje pri visokih temperaturah. Posledično sta tako čas ogrevanja kot hlajenja kratka, medtem ko je korak pečenja že izključen. Takšni idealni pogoji omogočajo rast resnično nedopiranega materiala.

Kompaktnost opreme in njen trikanalni sistem vbrizgavanja povzročita vsestranski sistem z visoko zmogljivostjo tako pri dopiranju kot enakomernosti debeline. To je bilo izvedeno z uporabo simulacij računalniške dinamike tekočin (CFD), da se zagotovi primerljiv pretok plina in enakomernost temperature za formata substrata 150 mm in 200 mm. Kot je prikazano na sliki 1, ta novi sistem za vbrizgavanje enakomerno dovaja plin v osrednji in stranski del komore za nanašanje. Sistem mešanja plinov omogoča variacijo lokalno porazdeljene plinske kemije, kar dodatno razširi število nastavljivih procesnih parametrov za optimizacijo epitaksialne rasti.

Slika 1 Simulirana velikost hitrosti plina (zgornji del) in temperatura plina (spodaj) v procesni komori PE1O8 na ravnini, ki se nahaja 10 mm nad podlago.

Druge značilnosti vključujejo izboljšan sistem vrtenja plina, ki uporablja algoritem za nadzor povratnih informacij za gladko zmogljivost in neposredno merjenje hitrosti vrtenja ter novo generacijo PID za nadzor temperature. Parametri procesa Epitaxy. V prototipni komori je bil razvit N-tipa 4H-SIC epitaksialni proces rasti. Triklorosilan in etilen sta bila uporabljena kot predhodnika za silicijeve in ogljikove atome; H2 je bil uporabljen kot nosilni plin in dušik je bil uporabljen za dopingo tipa N. SI-FACED TRGOVINSKI 150 mm SIC substrati in raziskovalno 200 mm SIC substrati so bili uporabljeni za gojenje 6,5 μm debeline 1 × 1016cm-3 N-dopirane 4H-SIC epilaste. Površino substrata je bila vrezana in situ z uporabo pretoka H2 pri povišani temperaturi. Po tem koraku jedkanja je bila gojena puferna plast N-tipa z nizko hitrostjo rasti in nizko razmerje C/SI, da smo pripravili plast glajenja. Na vrhu te puferne plasti smo z višjim razmerjem C/SI odložili aktivno plast z visoko stopnjo rasti (30 μm/h). Razvit postopek smo nato prenesli v reaktor PE1O8, nameščen v ST -jevem švedskem objektu. Podobni procesni parametri in porazdelitev plina so bili uporabljeni za 150 mm in 200 mm vzorce. Fino uglaševanje parametrov rasti je bilo preloženo na prihodnje študije zaradi omejenega števila razpoložljivih 200 mm podlage.

Navidezno debelino in dopinško zmogljivost vzorcev sta bila ocenjena s FTIR in CV Mercury Sonde. Površinsko morfologijo smo raziskali z mikroskopijo Nomarski diferencialno interferenčno kontrast (NDIC), gostota napak epilastov pa je bila izmerjena s kandela. Predhodni rezultati. Predhodni rezultati enakomernosti dopinga in debeline 150 mM in 200 mM epitaksialno gojenih vzorcev, obdelanih v prototipni komori ) do 0,4% oziroma 1,4%, in dopinške variacije (σ-povprečne) do 1,1% in 5,6%. Intrinzične vrednosti dopinga so bile približno 1 × 1014 cm-3.

Slika 2 debelinska in dopinška profila 200 mm in 150 mm epi vaverjev.

Ponovljivost postopka je bila raziskana s primerjavo variacij med serijami, kar je povzročilo variacije debeline le 0,7 % in variacije dopinga le 3,1 %. Kot je prikazano na sliki 3, so novi 200 mm rezultati postopka primerljivi z najsodobnejšimi rezultati, ki so bili predhodno doseženi na 150 mm z reaktorjem PE1O6.

Slika 3 Debelina plasti za plast in enotnost dopinga 200 mm vzorca, obdelana s prototipno komoro (zgoraj), in najsodobnejšim 150 mm vzorcem, izdelanim s PE1O6 (spodaj).

Kar zadeva površinsko morfologijo vzorcev, je mikroskopija NDIC potrdila gladko površino s hrapavostjo pod zaznavnim obsegom mikroskopa. Rezultati PE1O8. Postopek smo nato prenesli v reaktor PE1O8. Debelina in enakomernost dopinga 200 mm epiwaferjev sta prikazani na sliki 4. Epiplasti enakomerno rastejo vzdolž površine substrata z variacijami debeline in dopinga (σ/povprečje) le 2,1 % oziroma 3,3 %.

Slika 4 Debelina in dopirni profil 200 mm epiwaferja v reaktorju PE1O8.

Za raziskovanje gostote napak epitaksialno gojenih rezin je bila uporabljena Candela. Kot je prikazano na sliki. Skupna gostota napak 5 pri 1,43 cm-2 in 3,06 cm-2 je bila dosežena na vzorcih 150 mm oziroma 200 mm. Skupna razpoložljiva površina (TUA) po epitaksiji je bila torej izračunana na 97% in 92% za vzorce 150 mm oziroma 200 mm. Omeniti velja, da so bili ti rezultati doseženi šele po nekaj vožnjah in jih je mogoče še izboljšati z natančno prilagoditvijo parametrov procesa.

Slika 5 Candela okvare zemljevidov 6 μm debeline 200 mm (levo) in 150 mm (desno) epi vaverjev, gojenih s PE1O8.

Zaključek

Ta članek predstavlja na novo zasnovan CVD reaktor PE1O8 z vročimi stenami in njegovo sposobnost izvajanja enakomerne epitaksije 4H-SiC na 200 mm substratih. Preliminarni rezultati na 200 mm so zelo obetavni, z variacijami debeline le 2,1 % na površini vzorca in variacijami učinkovitosti dopinga le 3,3 % na površini vzorca. TUA po epitaksiji je bil izračunan na 97 % oziroma 92 % za 150 mm oziroma 200 mm vzorce, TUA za 200 mm pa naj bi se v prihodnosti izboljšal z višjo kakovostjo substrata. Glede na to, da tukaj navedeni rezultati na 200 mm substratih temeljijo na nekaj nizih testov, verjamemo, da bo mogoče rezultate, ki so že blizu najsodobnejšim rezultatom na 150 mm vzorcih, še izboljšati z natančno prilagajanje parametrov rasti.