Dul chun cinn teicneolaíochta epitaxial SiC 200mm LPE na hIodáile

Réamhrá

Tá SiC níos fearr ná Si i go leor feidhmchlár mar gheall ar a n-airíonna leictreonacha níos fearr, mar shampla cobhsaíocht ardteochta, bandgap leathan, neart réimse leictrigh ard-bhriseadh, agus seoltacht ard teirmeach. Sa lá atá inniu ann, tá infhaighteacht na gcóras tarraingthe feithiclí leictreacha á bhfeabhsú go mór mar gheall ar na luasanna aistrithe níos airde, teocht oibriúcháin níos airde, agus friotaíocht teirmeach níos ísle trasraitheoirí éifeacht réimse leathsheoltóra ocsaíd miotail SiC (MOSFETanna). Tá fás an-tapa tagtha ar mhargadh na bhfeistí cumhachta atá bunaithe ar SiC le blianta beaga anuas; dá bhrí sin, tá méadú tagtha ar an éileamh ar ábhair SiC ardchaighdeáin, saor ó locht agus aonfhoirmeach.

Le fiche nó tríocha bliain anuas, tá soláthraithe tsubstráit 4H-SiC in ann trastomhais sliseog a mhéadú ó 2 orlach go 150 mm (an caighdeán céanna criostail a chothabháil). Sa lá atá inniu ann, is é 150 mm an méid wafer príomhshrutha le haghaidh feistí SiC, agus d'fhonn an costas táirgthe in aghaidh an fheiste aonaid a laghdú, tá roinnt déantúsóirí feiste sna céimeanna tosaigh chun 200 mm fabs a bhunú. Chun an sprioc seo a bhaint amach, chomh maith leis an ngá atá le sliseog SiC 200 mm atá ar fáil ar bhonn tráchtála, tá an cumas chun epitaxy SiC aonfhoirmeach a dhéanamh inmhianaithe freisin. Dá bhrí sin, tar éis foshraitheanna SiC 200 mm ar ardchaighdeán a fháil, is é an chéad dúshlán eile ná fás epitaxial ardcháilíochta a dhéanamh ar na foshraitheanna seo. Tá imoibreoir CVD uathoibrithe iomlán uathoibríoch (PE1O8) ag LPE atá feistithe le córas ionchlannaithe il-chrios atá in ann foshraitheanna SiC 200mm a phróiseáil. Anseo, tuairiscímid a fheidhmíocht ar epitaxy 150mm 4H-SiC chomh maith le réamhthorthaí ar epiwafers 200mm.

Torthaí agus Plé

Is córas lán-uathoibrithe caiséad-go-caiséad é PE1O8 atá deartha chun sliseog SiC suas le 200mm a phróiseáil. Is féidir an fhormáid a athrú idir 150 agus 200mm, ag íoslaghdú aga neamhfhónaimh uirlisí. Méadaíonn laghdú céimeanna téimh táirgiúlacht, agus laghdaíonn uathoibriú saothair agus feabhsaíonn sé cáilíocht agus atrialltacht. Chun próiseas epitaxy éifeachtach agus costas-iomaíoch a chinntiú, tuairiscítear trí phríomhfhachtóir: 1) próiseas tapa, 2) aonfhoirmeacht ard tiús agus dópála, 3) foirmiú lochtanna íoslaghdaithe le linn an phróisis epitaxy. I PE1O8, ceadaíonn mais graifíte beag agus an córas uathluchtaithe/díluchtaithe rith caighdeánach a chríochnú i níos lú ná 75 nóiméad (úsáideann oideas dé-óid Schottky caighdeánach 10μm ráta fáis 30μm/h). Ceadaíonn an córas uathoibrithe luchtú/díluchtú ag teochtaí arda. Mar thoradh air sin, tá an dá am teasa agus fuaraithe gearr, agus cheana féin faoi chois an chéim bácála. Ceadaíonn coinníollacha idéalach den sórt sin fás ábhar fíor-neamhdhópáilte.

Mar thoradh ar dhlúthacht an trealaimh agus a chórais insteallta trí chainéil tá córas ildánach le ardfheidhmíocht i ndópáil agus aonfhoirmeacht tiús araon. Rinneadh é seo trí úsáid a bhaint as insamhaltaí dinimic sreabhán ríomhaireachtúil (CFD) chun sreabhadh gáis inchomparáide agus aonfhoirmeacht teochta a chinntiú do bhformáidí foshraitheanna 150 mm agus 200 mm. Mar a léirítear i bhFíor 1, seachadann an córas insteallta nua seo gás go haonfhoirmeach i gcodanna lárnacha agus cliathánach an tseomra taisce. Cuireann an córas measctha gáis ar chumas na ceimice gáis a dháileadh go háitiúil a athrú, ag leathnú tuilleadh ar líon na bparaiméadar próisis inchoigeartaithe chun fás epitaxial a bharrfheabhsú.

Fíor 1 Méid treoluas gáis insamhlaithe (barr) agus teocht an gháis (bun) sa seomra próisis PE1O8 ag eitleán atá suite 10 mm os cionn an tsubstráit.

I measc na ngnéithe eile tá córas uainíochta feabhsaithe gáis a úsáideann algartam rialaithe aiseolais chun an fheidhmíocht a rianúil agus an luas rothlaithe a thomhas go díreach, agus giniúint nua PID le haghaidh rialú teochta. Paraiméadair próisis epitaxy. Forbraíodh próiseas fáis epitaxial n-cineál 4H-SiC i seomra fréamhshamhlacha. Baineadh úsáid as trichlorosilane agus eitiléine mar réamhtheachtaithe do adaimh sileacain agus charbóin; Úsáideadh H2 mar ghás iompróra agus baineadh úsáid as nítrigin le haghaidh dópáil n-chineál. Baineadh úsáid as foshraitheanna SiC tráchtála 150mm le aghaidh SiC agus foshraitheanna SiC de ghrád taighde 200mm chun epilayers 6.5μm tiubh 1 × 1016cm-3 n-dhópáilte 4H-SiC a fhás. Eitseáladh dromchla an tsubstráit in situ ag baint úsáide as sreabhadh H2 ag teocht ardaithe. Tar éis na céime eitseála seo, fásadh ciseal maolánach de chineál n ag baint úsáide as ráta fáis íseal agus cóimheas íseal C/Si chun ciseal smúdála a ullmhú. Anuas ar an gciseal maolánach seo, cuireadh ciseal gníomhach le ráta ard fáis (30μm/h) i dtaisce ag baint úsáide as cóimheas C/Si níos airde. Aistríodh an próiseas forbartha ansin chuig imoibreoir PE1O8 a suiteáladh ag saoráid ST sa tSualainn. Úsáideadh paraiméadair próisis chosúla agus dáileadh gáis le haghaidh samplaí 150mm agus 200mm. Cuireadh mionchoigeartú na bparaiméadar fáis ar athló chuig staidéir sa todhchaí mar gheall ar an líon teoranta foshraitheanna 200 mm a bhí ar fáil.

Rinne FTIR agus taiscéalaí mearcair CV measúnú ar thiús dealraitheach agus feidhmíocht dópála na samplaí, faoi seach. Rinneadh imscrúdú ar mhoirfeolaíocht an dromchla ag micreascópacht codarsnachta trasnaíochta difreálach Nomarski (NDIC), agus tomhaiseadh dlús locht na epilayers ag Candela. Réamhthorthaí. Léirítear i bhFíor 2 réamhthorthaí ar dhópáil agus aonfhoirmeacht thiús de 150 mm agus 200 mm samplaí a fhástar go heipitacsach a próiseáladh sa seomra fhréamhshamhail. ) chomh híseal le 0.4% agus 1.4%, faoi seach, agus éagsúlachtaí dópála (σ-meán) chomh híseal le 1.1% agus 5.6%. Bhí luachanna intreacha dópála thart ar 1 × 1014 cm-3.

Fíor 2 Tiús agus próifílí dópála de epiwafers 200 mm agus 150 mm.

Rinneadh imscrúdú ar in-atrialltacht an phróisis trí éagsúlachtaí rith go rith a chur i gcomparáid, rud a d'fhág go raibh éagsúlachtaí tiús chomh híseal le 0.7% agus éagsúlachtaí dópála chomh híseal le 3.1%. Mar a thaispeántar i bhFíor 3, tá na torthaí próisis 200mm nua inchomparáide leis na torthaí stát-de-aimseartha a fuarthas roimhe seo ar 150mm ag imoibreoir PE1O6.

Fíor 3 Tiús ciseal-ar-ciseal agus aonfhoirmeacht dópála sampla 200mm arna phróiseáil ag seomra fréamhshamhail (barr) agus sampla 150mm úrscothach déanta ag PE1O6 (bun).

Maidir le moirfeolaíocht dhromchla na samplaí, dheimhnigh micreascóp NDIC dromchla réidh le roughness faoi raon inbhraite an mhicreascóp. Torthaí PE1O8. Aistríodh an próiseas ansin chuig imoibreoir PE1O8. Léirítear tiús agus aonfhoirmeacht dópála na n-eipwafers 200mm i bhFíor 4. Fásann na epilayers go haonfhoirmeach feadh dhromchla an tsubstráit le héagsúlachtaí tiús agus dópála (σ/meán) chomh híseal le 2.1% agus 3.3%, faoi seach.

Figiúr 4 Tiús agus próifíl dópála epiwafer 200mm in imoibreoir PE1O8.

Chun imscrúdú a dhéanamh ar dhlús locht na sliseog a fhástar go heipitíteas, úsáideadh candela. Mar a thaispeántar san fhigiúr. Baineadh amach dlúis lochtanna iomlána de 5 chomh híseal le 1.43 cm-2 agus 3.06 cm-2 ar na samplaí 150mm agus 200mm, faoi seach. Mar sin ríomhadh an t-achar iomlán a bhí ar fáil (TUA) tar éis epitaxy mar 97% agus 92% do na samplaí 150mm agus 200mm, faoi seach. Is fiú a lua nár baineadh amach na torthaí seo ach amháin tar éis cúpla rith agus is féidir iad a fheabhsú tuilleadh trí pharaiméadair an phróisis a mhionchoigeartú.

Fíor 5 Léarscáileanna locht Candela de epiwafers 6μm tiubh 200mm (ar chlé) agus 150mm (ar dheis) a fhástar le PE1O8.

Conclúid

Cuireann an páipéar seo i láthair imoibreoir CVD balla te PE1O8 atá deartha le déanaí agus a chumas epitaxy aonfhoirmeach 4H-SiC a dhéanamh ar fhoshraitheanna 200mm. Tá na réamhthorthaí ar 200mm an-dearfach, le héagsúlachtaí tiús chomh híseal le 2.1% ar fud an dromchla samplach agus éagsúlachtaí feidhmíochta dópála chomh híseal le 3.3% ar fud an dromchla samplach. Ríomhadh an TUA tar éis epitaxy 97% agus 92% do na samplaí 150mm agus 200mm, faoi seach, agus táthar ag tuar go bhfeabhsóidh an TUA le haghaidh 200mm sa todhchaí le caighdeán níos airde tsubstráit. Ag cur san áireamh go bhfuil na torthaí ar fhoshraitheanna 200mm a thuairiscítear anseo bunaithe ar chúpla sraith tástálacha, creidimid go mbeifear in ann tuilleadh feabhais a chur ar na torthaí, atá gar do na torthaí úrscothacha cheana féin ar shamplaí 150mm, trí na paraiméadair fáis a mhionchoigeartú.