ຄວາມຄືບຫນ້າຂອງເຕັກໂນໂລຊີ epitaxial 200mm SiC ຂອງ LPE ຂອງອິຕາລີ

ແນະນຳ

SiC ແມ່ນດີກວ່າ Si ໃນຫຼາຍຄໍາຮ້ອງສະຫມັກເນື່ອງຈາກຄຸນສົມບັດທາງອີເລັກໂທຣນິກທີ່ເຫນືອກວ່າຂອງມັນເຊັ່ນຄວາມຫມັ້ນຄົງຂອງອຸນຫະພູມສູງ, ແຖບກວ້າງ, ຄວາມແຂງແຮງຂອງພາກສະຫນາມໄຟຟ້າທີ່ແຕກຫັກສູງ, ແລະການນໍາຄວາມຮ້ອນສູງ. ໃນມື້ນີ້, ການມີລະບົບ traction ຍານພາຫະນະໄຟຟ້າໄດ້ຖືກປັບປຸງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍເນື່ອງຈາກຄວາມໄວສະຫຼັບທີ່ສູງຂຶ້ນ, ອຸນຫະພູມການດໍາເນີນງານທີ່ສູງຂຶ້ນ, ແລະຄວາມຕ້ານທານຄວາມຮ້ອນຕ່ໍາຂອງ SiC metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFETs). ຕະຫຼາດສໍາລັບອຸປະກອນໄຟຟ້າທີ່ໃຊ້ SiC ໄດ້ເຕີບໂຕຢ່າງໄວວາໃນໄລຍະສອງສາມປີຜ່ານມາ; ດັ່ງນັ້ນ, ຄວາມຕ້ອງການວັດສະດຸ SiC ທີ່ມີຄຸນນະພາບສູງ, ບໍ່ມີຂໍ້ບົກພ່ອງ, ແລະເປັນເອກະພາບໄດ້ເພີ່ມຂຶ້ນ.

ໃນໄລຍະສອງສາມທົດສະວັດທີ່ຜ່ານມາ, ຜູ້ສະຫນອງ substrate 4H-SiC ສາມາດຂະຫຍາຍເສັ້ນຜ່າສູນກາງຂອງ wafer ຈາກ 2 ນິ້ວເຖິງ 150 ມມ (ຮັກສາຄຸນນະພາບຂອງຜລຶກດຽວກັນ). ໃນມື້ນີ້, ຂະຫນາດ wafer ຕົ້ນຕໍສໍາລັບອຸປະກອນ SiC ແມ່ນ 150 ມມ, ແລະເພື່ອຫຼຸດຜ່ອນຄ່າໃຊ້ຈ່າຍໃນການຜະລິດຕໍ່ອຸປະກອນ, ບາງຜູ້ຜະລິດອຸປະກອນແມ່ນຢູ່ໃນຂັ້ນຕອນຕົ້ນຂອງການສ້າງ 200 ມມ fabs. ເພື່ອບັນລຸເປົ້າຫມາຍນີ້, ນອກເຫນືອໄປຈາກຄວາມຕ້ອງການສໍາລັບ wafers SiC 200 ມມທີ່ມີການຄ້າ, ຄວາມສາມາດໃນການປະຕິບັດ SiC epitaxy ເປັນເອກະພາບແມ່ນຍັງຕ້ອງການສູງ. ດັ່ງນັ້ນ, ຫຼັງຈາກໄດ້ຮັບ substrates SiC ທີ່ມີຄຸນນະພາບດີ 200 ມມ, ສິ່ງທ້າທາຍຕໍ່ໄປແມ່ນການປະຕິບັດການເຕີບໃຫຍ່ຂອງ epitaxial ທີ່ມີຄຸນນະພາບສູງໃນ substrates ເຫຼົ່ານີ້. LPE ໄດ້ອອກແບບ ແລະ ກໍ່ສ້າງເຄື່ອງປະຕິກອນ CVD ອັດຕະໂນມັດແບບຜະສົມຜະໜັງກ້ອນດຽວແນວນອນຕາມແນວນອນ (ຊື່ PE1O8) ໂດຍມີລະບົບການປູກຝັງຫຼາຍເຂດທີ່ສາມາດປະມວນຜົນໄດ້ເຖິງ 200mm SiC substrates. ທີ່ນີ້, ພວກເຮົາລາຍງານການປະຕິບັດຂອງມັນຢູ່ໃນ 150mm 4H-SiC epitaxy ເຊັ່ນດຽວກັນກັບຜົນໄດ້ຮັບເບື້ອງຕົ້ນກ່ຽວກັບ 200mm epiwafers.

ຜົນໄດ້ຮັບແລະການສົນທະນາ

PE1O8 ເປັນລະບົບ cassette-to-cassette ອັດຕະໂນມັດຢ່າງເຕັມສ່ວນທີ່ອອກແບບມາເພື່ອປະມວນຜົນເຖິງ 200mm SiC wafers. ຮູບແບບສາມາດປ່ຽນໄດ້ລະຫວ່າງ 150 ແລະ 200 ມມ, ຫຼຸດຜ່ອນເວລາການຢຸດເຄື່ອງ. ການຫຼຸດລົງຂອງຂັ້ນຕອນການໃຫ້ຄວາມຮ້ອນເພີ່ມຜົນຜະລິດ, ໃນຂະນະທີ່ອັດຕະໂນມັດຫຼຸດຜ່ອນແຮງງານແລະປັບປຸງຄຸນນະພາບແລະການເຮັດຊ້ໍາອີກ. ເພື່ອຮັບປະກັນຂະບວນການ epitaxy ທີ່ມີປະສິດທິພາບແລະຄ່າໃຊ້ຈ່າຍໃນການແຂ່ງຂັນ, 3 ປັດໃຈຕົ້ນຕໍໄດ້ຖືກລາຍງານ: 1) ຂະບວນການໄວ, 2) ຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງຄວາມຫນາແຫນ້ນແລະ doping ສູງ, 3) ການສ້າງຂໍ້ບົກພ່ອງຫນ້ອຍທີ່ສຸດໃນລະຫວ່າງຂະບວນການ epitaxy. ໃນ PE1O8, ມະຫາຊົນ graphite ຂະຫນາດນ້ອຍແລະລະບົບການໂຫຼດ / ການໂຫຼດອັດຕະໂນມັດອະນຸຍາດໃຫ້ແລ່ນມາດຕະຖານສໍາເລັດໃນເວລາຫນ້ອຍກວ່າ 75 ນາທີ (ສູດມາດຕະຖານ 10μm Schottky diode ໃຊ້ອັດຕາການເຕີບໂຕຂອງ 30μm / h). ລະບົບອັດຕະໂນມັດອະນຸຍາດໃຫ້ໂຫຼດ / ໂຫຼດຢູ່ໃນອຸນຫະພູມສູງ. ດັ່ງນັ້ນ, ທັງເວລາໃຫ້ຄວາມຮ້ອນແລະຄວາມເຢັນແມ່ນສັ້ນ, ໃນຂະນະທີ່ສະກັດກັ້ນຂັ້ນຕອນການອົບແລ້ວ. ເງື່ອນໄຂທີ່ເຫມາະສົມດັ່ງກ່າວອະນຸຍາດໃຫ້ການຂະຫຍາຍຕົວຂອງວັດສະດຸທີ່ບໍ່ມີການຢຸດເຊົາຢ່າງແທ້ຈິງ.

ຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງອຸປະກອນແລະລະບົບສີດສາມຊ່ອງຂອງມັນເຮັດໃຫ້ລະບົບອະເນກປະສົງທີ່ມີປະສິດຕິພາບສູງໃນຄວາມສອດຄ່ອງຂອງຝຸ່ນແລະຄວາມຫນາ. ນີ້ໄດ້ຖືກປະຕິບັດໂດຍໃຊ້ການຈໍາລອງນະໂຍບາຍດ້ານຂອງນ້ໍາຄອມພິວເຕີ້ (CFD) ເພື່ອຮັບປະກັນການໄຫຼຂອງອາຍແກັສທີ່ສົມທຽບແລະຄວາມສອດຄ່ອງຂອງອຸນຫະພູມສໍາລັບຮູບແບບຍ່ອຍ 150 ມມແລະ 200 ມມ. ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ 1, ລະບົບສີດໃຫມ່ນີ້ສົ່ງອາຍແກັສຢ່າງເທົ່າທຽມກັນໃນສ່ວນກາງແລະດ້ານຂ້າງຂອງຫ້ອງການເງິນຝາກ. ລະບົບການຜະສົມອາຍແກັສເຮັດໃຫ້ການປ່ຽນແປງຂອງເຄມີອາຍແກັສທີ່ແຈກຢາຍໃນທ້ອງຖິ່ນ, ຂະຫຍາຍການເພີ່ມເຕີມຂອງຕົວກໍານົດການຂະບວນການທີ່ສາມາດປັບໄດ້ເພື່ອເພີ່ມປະສິດທິພາບການເຕີບໂຕຂອງ epitaxial.

ຮູບທີ 1 ຂະໜາດຄວາມໄວຂອງອາຍແກັສແບບຈຳລອງ (ເທິງ) ແລະ ອຸນຫະພູມອາຍແກັສ (ລຸ່ມ) ໃນຫ້ອງຂະບວນການ PE1O8 ຢູ່ທີ່ຍົນທີ່ຕັ້ງຢູ່ເທິງຊັ້ນໃຕ້ດິນ 10 ມມ.

ຄຸນສົມບັດອື່ນໆລວມມີລະບົບການຫມຸນອາຍແກັສທີ່ປັບປຸງໃຫ້ດີຂຶ້ນ ເຊິ່ງໃຊ້ລະບົບຄວບຄຸມການຕອບໂຕ້ເພື່ອໃຫ້ປະສິດທິພາບການໝູນວຽນກ້ຽງ ແລະວັດແທກຄວາມໄວການຫມຸນໂດຍກົງ, ແລະ PID ລຸ້ນໃໝ່ສຳລັບການຄວບຄຸມອຸນຫະພູມ. ຕົວກໍານົດການຂະບວນການ Epitaxy. ຂະບວນການຂະຫຍາຍຕົວຂອງ epitaxial n-type 4H-SiC ໄດ້ຖືກພັດທະນາຢູ່ໃນຫ້ອງຕົ້ນແບບ. Trichlorosilane ແລະ ethylene ໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ເປັນຄາຣະວາສໍາລັບອະຕອມຂອງຊິລິຄອນແລະຄາບອນ; H2 ຖືກ​ນໍາ​ໃຊ້​ເປັນ​ອາຍ​ແກ​ັ​ສ​ຜູ້​ບໍ​ລິ​ຫານ​ແລະ​ໄນ​ໂຕຣ​ເຈນ​ໄດ້​ຖືກ​ນໍາ​ໃຊ້​ສໍາ​ລັບ​ການ doping n-type​. Si-faced commercial 150mm SiC substrates and research-grade 200mm SiC substrates are used to grow 6.5μm thick 1×1016cm-3 n-doped 4H-SiC epilayers. ພື້ນຜິວ substrate ໄດ້ຖືກ etched ໃນສະຖານທີ່ໂດຍໃຊ້ການໄຫຼ H2 ຢູ່ທີ່ອຸນຫະພູມສູງ. ຫຼັງ​ຈາກ​ຂັ້ນ​ຕອນ​ການ​ປັກ​ກິ່ງ​ນີ້​, ຊັ້ນ​ກັນ​ໄພ​ປະ​ເພດ n ໄດ້​ຮັບ​ການ​ປູກ​ໂດຍ​ນໍາ​ໃຊ້​ອັດ​ຕາ​ການ​ຂະ​ຫຍາຍ​ຕົວ​ຕ​່​ໍ​າ​ແລະ​ອັດ​ຕາ​ສ່ວນ C/Si ຕ​່​ໍ​າ​ເພື່ອ​ກະ​ກຽມ​ຊັ້ນ​ກ້ຽງ​. ຢູ່ເທິງສຸດຂອງຊັ້ນ buffer ນີ້, ຊັ້ນທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວທີ່ມີອັດຕາການເຕີບໂຕສູງ (30μm / h) ຖືກຝາກໂດຍໃຊ້ອັດຕາສ່ວນ C / Si ທີ່ສູງກວ່າ. ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ຂະບວນການທີ່ພັດທະນາໄດ້ຖືກໂອນໄປໃສ່ເຕົາປະຕິກອນ PE1O8 ທີ່ຕິດຕັ້ງຢູ່ສະຖານທີ່ຂອງຊູແອັດຂອງ ST. ຕົວກໍານົດການຂະບວນການທີ່ຄ້າຍຄືກັນແລະການແຈກຢາຍອາຍແກັສໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ສໍາລັບຕົວຢ່າງ 150mm ແລະ 200mm. ການປັບຕົວກໍານົດການຈະເລີນເຕີບໂຕລະອຽດໄດ້ຖືກເລື່ອນອອກໄປໃນການສຶກສາໃນອະນາຄົດເນື່ອງຈາກມີຈໍານວນຈໍາກັດຂອງ substrates 200 ມມ.

ຄວາມຫນາທີ່ປາກົດຂື້ນແລະການປະຕິບັດ doping ຂອງຕົວຢ່າງໄດ້ຖືກປະເມີນໂດຍ FTIR ແລະ CV mercury probe ຕາມລໍາດັບ. ຮູບຮ່າງຂອງພື້ນຜິວໄດ້ຖືກສືບສວນໂດຍກ້ອງຈຸລະທັດ Nomarski differential interference contrast (NDIC), ແລະຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງ epilayers ໄດ້ຖືກວັດແທກໂດຍ Candela. ຜົນໄດ້ຮັບເບື້ອງຕົ້ນ. ຜົນໄດ້ຮັບເບື້ອງຕົ້ນຂອງ doping ແລະຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງຕົວຢ່າງທີ່ປູກ epitaxially 150 ມມແລະ 200 ມມທີ່ປຸງແຕ່ງຢູ່ໃນຫ້ອງຕົ້ນແບບແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຮູບ 2. ຊັ້ນໃນຊັ້ນໃນຂອງ epilayers ຂະຫຍາຍຕົວຢ່າງເທົ່າທຽມກັນຕາມຫນ້າດິນຂອງຊັ້ນຍ່ອຍ 150 ມມແລະ 200 ມມ, ມີຄວາມຫນາແຕກຕ່າງກັນ (σ / ຫມາຍຄວາມວ່າ. ) ຕ່ໍາເປັນ 0.4% ແລະ 1.4%, ຕາມລໍາດັບ, ແລະການປ່ຽນແປງ doping (σ-mean) ຕ່ໍາເປັນ 1.1% ແລະ 5.6%. ຄ່າ doping ພາຍໃນແມ່ນປະມານ 1×1014 cm-3.

ຮູບທີ 2 ຄວາມຫນາແລະ doping profile ຂອງ 200 mm ແລະ 150 mm epiwafers.

ຄວາມອາດສາມາດຊ້ຳກັນຂອງຂະບວນການໄດ້ຖືກສືບສວນໂດຍການປຽບທຽບການປ່ຽນແປງແບບແລ່ນໄປຫາການແລ່ນ, ເຊິ່ງກໍ່ໃຫ້ເກີດການປ່ຽນແປງຄວາມໜາຕໍ່າເຖິງ 0.7% ແລະ ການປ່ຽນແປງຂອງຢາໂດບຕໍ່າເຖິງ 3.1%. ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ 3, ຜົນໄດ້ຮັບຂອງຂະບວນການ 200 ມມໃຫມ່ສາມາດປຽບທຽບກັບຜົນໄດ້ຮັບທີ່ທັນສະໄຫມທີ່ໄດ້ຮັບໃນເມື່ອກ່ອນ 150 ມມໂດຍເຄື່ອງປະຕິກອນ PE1O6.

ຮູບທີ 3 ຄວາມຫນາຂອງຊັ້ນໂດຍຊັ້ນແລະຄວາມເປັນເອກະພາບຂອງຢາ doping ຂອງຕົວຢ່າງ 200 ມມທີ່ປຸງແຕ່ງໂດຍຫ້ອງຕົ້ນແບບ (ເທິງ) ແລະຕົວຢ່າງ 150 ມມທີ່ທັນສະໄຫມທີ່ຜະລິດໂດຍ PE1O6 (ດ້ານລຸ່ມ).

ກ່ຽວກັບ morphology ພື້ນຜິວຂອງຕົວຢ່າງ, ກ້ອງຈຸລະທັດ NDIC ໄດ້ຢືນຢັນພື້ນຜິວກ້ຽງທີ່ມີຄວາມ roughness ຕ່ໍາກວ່າລະດັບທີ່ກວດພົບໄດ້ຂອງກ້ອງຈຸລະທັດ. PE1O8 ຜົນໄດ້ຮັບ. ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ຂະບວນການດັ່ງກ່າວໄດ້ຖືກໂອນເຂົ້າໄປໃນເຕົາປະຕິກອນ PE1O8. ຄວາມຫນາແລະຄວາມເປັນເອກະພາບຂອງ doping ຂອງ 200mm epiwafers ແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຮູບ 4. epilayers ຂະຫຍາຍຕົວຢ່າງເປັນເອກະພາບຕາມຫນ້າດິນ substrate ມີຄວາມຫນາແລະການປ່ຽນແປງ doping (σ / ສະເລ່ຍ) ຕ່ໍາເປັນ 2.1% ແລະ 3.3%, ຕາມລໍາດັບ.

ຮູບທີ 4 ຄວາມໜາ ແລະທາດຝຸ່ນຂອງເຄື່ອງປັ້ນດິນເຜົາ 200mm ໃນເຕົາປະຕິກອນ PE1O8.

ເພື່ອສືບສວນຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງຂໍ້ບົກພ່ອງຂອງ wafers epitaxially, candela ໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້. ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບ. ຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງຂໍ້ບົກພ່ອງທັງຫມົດ 5 ຕ່ໍາສຸດ 1.43 cm-2 ແລະ 3.06 cm-2 ແມ່ນບັນລຸໄດ້ໃນຕົວຢ່າງ 150mm ແລະ 200mm, ຕາມລໍາດັບ. ພື້ນທີ່ທີ່ມີຢູ່ທັງໝົດ (TUA) ຫຼັງຈາກ epitaxy ໄດ້ຖືກຄິດໄລ່ເປັນ 97% ແລະ 92% ສໍາລັບຕົວຢ່າງ 150mm ແລະ 200mm, ຕາມລໍາດັບ. ມັນເປັນມູນຄ່າທີ່ບອກວ່າຜົນໄດ້ຮັບເຫຼົ່ານີ້ແມ່ນບັນລຸໄດ້ພຽງແຕ່ຫຼັງຈາກສອງສາມແລ່ນແລະສາມາດປັບປຸງຕື່ມອີກໂດຍການປັບຕົວກໍານົດການຂະບວນການ.

ຮູບທີ 5 ແຜນທີ່ຂໍ້ບົກພ່ອງ Candela ຂອງ 6μm ຫນາ 200mm (ຊ້າຍ) ແລະ 150mm (ຂວາ) epiwafers ປູກດ້ວຍ PE1O8.

ສະຫຼຸບ

ເອກະສານສະບັບນີ້ສະເຫນີເຄື່ອງປະຕິກອນ CVD ທີ່ມີຝາຮ້ອນ PE1O8 ທີ່ໄດ້ຮັບການອອກແບບໃຫມ່ແລະຄວາມສາມາດໃນການປະຕິບັດ 4H-SiC epitaxy ທີ່ມີເອກະພາບຢູ່ໃນຊັ້ນໃຕ້ດິນ 200 ມມ. ຜົນໄດ້ຮັບເບື້ອງຕົ້ນກ່ຽວກັບ 200mm ແມ່ນດີຫຼາຍ, ມີຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງການປ່ຽນແປງຕ່ໍາເຖິງ 2.1% ໃນທົ່ວຫນ້າດິນຕົວຢ່າງແລະການປ່ຽນແປງການປະຕິບັດ doping ຕ່ໍາເປັນ 3.3% ໃນທົ່ວຫນ້າດິນຕົວຢ່າງ. TUA ຫຼັງຈາກ epitaxy ໄດ້ຖືກຄິດໄລ່ເປັນ 97% ແລະ 92% ສໍາລັບຕົວຢ່າງ 150mm ແລະ 200mm, ຕາມລໍາດັບ, ແລະ TUA ສໍາລັບ 200mm ຄາດວ່າຈະປັບປຸງໃນອະນາຄົດດ້ວຍຄຸນນະພາບ substrate ທີ່ສູງຂຶ້ນ. ພິຈາລະນາວ່າຜົນໄດ້ຮັບກ່ຽວກັບ substrates 200mm ລາຍງານຢູ່ທີ່ນີ້ແມ່ນອີງໃສ່ຊຸດຂອງການທົດສອບຈໍານວນຫນຶ່ງ, ພວກເຮົາເຊື່ອວ່າມັນເປັນໄປໄດ້ທີ່ຈະປັບປຸງຜົນໄດ້ຮັບຕື່ມອີກ, ເຊິ່ງແມ່ນແລ້ວຢູ່ໃກ້ກັບຜົນໄດ້ຮັບທີ່ທັນສະໄຫມໃນຕົວຢ່າງ 150mm, ໂດຍ. ປັບຕົວກໍານົດການຂະຫຍາຍຕົວ.