Италианският LPE 200 -милиметров епитаксиална технология на SIC на Италия

Въведение

SIC превъзхожда SI в много приложения поради превъзходните си електронни свойства като стабилност на високотемпературата, широка лента, висока якост на разрушаване на електрическото поле и висока топлинна проводимост. Днес наличието на системи за сцепление на електрически превозни средства се подобрява значително поради по -високите скорости на превключване, по -високите работни температури и по -ниското термично съпротивление на транзисторите на полупроводниковите полета на SIC оксид (MOSFET). Пазарът на базирани на SIC мощност устройства нараства много бързо през последните няколко години; Следователно търсенето на висококачествени, без дефекти и равномерни SIC материали се увеличи.

През последните няколко десетилетия доставчиците на субстрат 4H-SIC успяха да мащабират диаметри на вафли от 2 инча до 150 mm (поддържайки същото качество на кристалите). Днес размерът на основната вафла за SIC устройства е 150 мм, а за да се намали производствената цена на единица устройство, някои производители на устройства са в ранните етапи на установяване на 200 мм FABs. За да се постигне тази цел, в допълнение към необходимостта от налични в търговската мрежа 200 mm sic вафли, способността за изпълнение на еднаква SIC епитаксия също е много желана. Следователно, след получаване на качествени 200 mm SIC субстрати, следващото предизвикателство ще бъде да се извърши висококачествен епитаксиален растеж на тези субстрати. LPE е проектирал и изградил хоризонтален единичен кристален напълно автоматизиран CVD реактор (наречен PE1O8), оборудван с многозонова имплантационна система, способна да обработва до 200 мм SIC субстрати. Тук отчитаме нейното представяне на 150 мм епитаксия 4H-SIC, както и предварителни резултати на 200 мм епивафове.

Резултати и дискусия

PE1O8 е напълно автоматизирана система от касета към касета, проектирана да обработва до 200 mm SiC пластини. Форматът може да се превключва между 150 и 200 мм, което минимизира времето за престой на инструмента. Намаляването на етапите на нагряване увеличава производителността, докато автоматизацията намалява труда и подобрява качеството и повторяемостта. За да се осигури ефективен и конкурентен по отношение на разходите процес на епитаксия, се съобщават три основни фактора: 1) бърз процес, 2) висока еднородност на дебелината и допинга, 3) минимизирано образуване на дефекти по време на процеса на епитаксия. В PE1O8 малката графитна маса и автоматизираната система за зареждане/разтоварване позволяват стандартен цикъл да бъде завършен за по-малко от 75 минути (стандартна рецепта за 10 μm диод на Шотки използва скорост на растеж от 30 μm/h). Автоматизираната система позволява товарене/разтоварване при високи температури. В резултат на това времето за нагряване и охлаждане е кратко, като същевременно се потиска етапът на печене. Такива идеални условия позволяват растежа на наистина нелегиран материал.

Компактността на оборудването и неговата триканална инжекционна система води до универсална система с висока производителност както в допинг, така и в равномерност на дебелината. Това се извършва с помощта на симулации на изчислителна течност (CFD), за да се гарантира сравнима газова поток и равномерност на температурата за 150 mm и 200 mm формати на субстрата. Както е показано на фигура 1, тази нова система за инжектиране доставя газ равномерно в централната и страничната част на камерата за отлагане. Системата за смесване на газ дава възможност за изменение на локално разпределената газова химия, като допълнително разширява броя на регулируемите параметри на процеса за оптимизиране на епитаксиалния растеж.

Фигура 1 Симулирана величина на скоростта на газ (отгоре) и температурата на газа (отдолу) в процесорната камера PE1O8 в равнина, разположена на 10 мм над субстрата.

Други характеристики включват подобрена система за въртене на газа, която използва алгоритъм за контрол на обратната връзка, за да изглади производителността и директно да измерва скоростта на въртене и ново поколение PID за контрол на температурата. Параметри на епитаксия на процеса. В прототипна камера е разработен N-тип 4H-SIC епитаксиален процес на растеж. Трихлоросилан и етилен се използват като прекурсори за силициеви и въглеродни атоми; H2 се използва като носещ газ и азот се използва за допинг от N-тип. SI-лицеви търговски 150 мм SIC субстрати и изследователски 200 мм SIC субстрати бяха използвани за отглеждане на 6,5 μm дебелина 1 × 1016 cm-3 N-легирани 4H-SIC епилаери. Повърхността на субстрата се оформя in situ, като се използва H2 поток при повишена температура. След този етап на офорт, N-тип буферен слой се отглежда с нисък темп на растеж и ниско съотношение C/SI за приготвяне на изглаждащ слой. Отгоре на този буферен слой се отлага активен слой с висок темп на растеж (30 μm/h), като се използва по -високо съотношение C/SI. След това разработеният процес се прехвърля в реактор PE1O8, инсталиран в шведското съоръжение на ST. Подобни параметри на процеса и разпределение на газа бяха използвани за 150 мм и 200 мм проби. Фината настройка на параметрите на растеж беше отложена за бъдещи проучвания поради ограничения брой налични 200 mm субстрати.

Очевидната дебелина и допинг характеристиката на пробите се оценява съответно чрез FTIR и CV Mercury Probe. Повърхностната морфология е изследвана чрез микроскопия с диференциална интерференция на Nomarski (NDIC) и плътността на дефектите на епилаерите се измерва с Candela. Предварителни резултати. Предварителни резултати от допинг и равномерност на дебелината от 150 mm и 200 mm епитаксиално отглеждани проби, обработени в прототипната камера, са показани на фигура 2. Епилаерите се разрастват равномерно по повърхността на 150 mm и 200 mm субстрати, с изменения на дебелината (σ/средно ) съответно до 0,4% и 1,4%, и вариации на допинг (σ-средна) едва 1,1% и 5,6%. Вътрешните стойности на допинг са приблизително 1 × 1014 cm-3.

Фигура 2 Дебелина и допинг профили от 200 mm и 150 mm епивафове.

Повторяемостта на процеса се изследва чрез сравняване на вариации на изпълнение на пускане, което води до изменения на дебелината до 0,7% и вариациите на допинг до 3,1%. Както е показано на фигура 3, новите резултати от 200 мм процеса са сравними с най-съвременните резултати, получени по-рано на 150 мм от PE1O6 реактор.

Фигура 3 Дебелина на слой по слой и равномерност на допинга на 200 mm проба, обработена от прототипна камера (отгоре), и най-съвременна 150 mm проба, произведена от PE1O6 (отдолу).

По отношение на повърхностната морфология на пробите, NDIC микроскопията потвърди гладка повърхност с грапавост под откриваемия диапазон на микроскопа. PE1O8 резултати. След това процесът се прехвърля в реактор PE1O8. Дебелината и равномерността на допиране на 200 mm епипластини са показани на Фигура 4. Епилаерите растат равномерно по протежение на повърхността на субстрата с вариации на дебелината и допинга (σ/средно) до 2,1% и 3,3%, съответно.

Фигура 4 Дебелина и допинг профил на 200 мм епивафер в реактор PE1O8.

За да се изследва плътността на дефектите на епитаксиално отглежданите вафли, се използва Candela. Както е показано на фигурата. Общата плътност на дефектите от 5 само 1,43 cm-2 и 3,06 cm-2 е постигната съответно на пробите от 150 мм и 200 mm. Следователно общата налична площ (TUA) след епитаксия се изчислява на 97% и 92% за пробите от 150 мм и 200 мм, съответно. Заслужава да се спомене, че тези резултати са постигнати само след няколко цикъла и могат да бъдат допълнително подобрени чрез фина настройка на параметрите на процеса.

Фигура 5 Кандела дефектни карти с дебелина 6 µm 200 мм (вляво) и 150 мм (вдясно) епивафове, отглеждани с PE1O8.

Заключение

Тази статия представя новопроектирания CVD реактор с гореща стена PE1O8 и способността му да извършва равномерна 4H-SiC епитаксия върху 200 mm субстрати. Предварителните резултати за 200 mm са много обещаващи, с вариации на дебелината до 2,1% по повърхността на пробата и вариации на допинг ефективността до 3,3% по повърхността на пробата. TUA след епитаксия беше изчислено на 97% и 92% съответно за 150 mm и 200 mm проби и се предвижда TUA за 200 mm да се подобри в бъдеще с по-високо качество на субстрата. Като се има предвид, че резултатите от 200 mm субстрати, докладвани тук, се основават на няколко набора от тестове, ние вярваме, че ще бъде възможно допълнително да подобрим резултатите, които вече са близки до най-съвременните резултати при 150 mm проби, чрез фина настройка на параметрите на растежа.