Прогресс в технологии 200-мм эпитаксиальной эпитаксиальной системы SiC итальянской компании LPE

Введение

SiC превосходит Si во многих приложениях благодаря своим превосходным электронным свойствам, таким как высокая температурная стабильность, широкая запрещенная зона, высокая напряженность электрического поля и высокая теплопроводность. Сегодня доступность тяговых систем электромобилей значительно улучшается благодаря более высоким скоростям переключения, более высоким рабочим температурам и более низкому термическому сопротивлению металлооксидно-полупроводниковых полевых транзисторов SiC (MOSFET). Рынок силовых устройств на основе SiC очень быстро рос за последние несколько лет; поэтому возрос спрос на высококачественные, бездефектные и однородные материалы SiC.

За последние несколько десятилетий поставщики подложек 4H-SiC смогли увеличить диаметр пластин с 2 дюймов до 150 мм (сохраняя то же качество кристалла). Сегодня основной размер пластины для устройств SiC составляет 150 мм, и чтобы снизить себестоимость производства единицы устройства, некоторые производители устройств находятся на ранних стадиях создания заводов диаметром 200 мм. Для достижения этой цели, помимо потребности в коммерчески доступных пластинах SiC диаметром 200 мм, также крайне желательно иметь возможность выполнять равномерную эпитаксию SiC. Следовательно, после получения подложек SiC диаметром 200 мм хорошего качества следующей задачей будет выполнение высококачественного эпитаксиального выращивания на этих подложках. LPE разработала и изготовила горизонтальный монокристаллический полностью автоматизированный CVD-реактор с горячей стенкой (названный PE1O8), оснащенный многозонной системой имплантации, способной обрабатывать подложки SiC толщиной до 200 мм. Здесь мы сообщаем о его производительности при эпитаксии 4H-SiC толщиной 150 мм, а также о предварительных результатах на эпитаксиальных пластинах диаметром 200 мм.

Результаты и обсуждение

PE1O8-это полностью автоматизированная система кассета к кассете, предназначенная для обработки до 200 мм SIC. Формат может быть переключен между 150 и 200 мм, минимизируя время простоя. Снижение стадий нагрева повышает производительность, в то время как автоматизация снижает труд и улучшает качество и повторяемость. Для обеспечения эффективного и конкурентоспособного процесса эпитаксии затрат сообщается о трех основных факторах: 1) быстрый процесс, 2) высокая однородность толщины и допинга, 3) минимизированное образование дефектов во время процесса эпитаксии. В PE1O8 небольшая графитная масса и автоматизированная система загрузки/разгрузки позволяют выполнять стандартный запуск менее чем за 75 минут (стандартный рецепт диода Schottky 10 мкм использует скорость роста 30 мкм/ч). Автоматизированная система позволяет загружать/разгрузить при высоких температурах. В результате как нагрев, так и время охлаждения короткие, при этом уже подавляя шаг выпечки. Такие идеальные условия позволяют рост по -настоящему невыполненного материала.

Компактность оборудования и его трехканальной системы впрыска приводит к универсальной системе с высокой производительностью как в допинге, так и в однородности толщины. Это было выполнено с использованием моделирования вычислительной динамики жидкости (CFD) для обеспечения сопоставимого потока газа и однородности температуры для форматов субстрата 150 мм и 200 мМ. Как показано на рисунке 1, эта новая система впрыска доставляет газ равномерно в центральных и боковых частях камеры осаждения. Система смешивания газа обеспечивает изменение локально распределенной химии газа, еще больше расширяя количество регулируемых параметров процесса для оптимизации эпитаксиального роста.

Рис. 1. Моделируемая величина скорости газа (вверху) и температура газа (внизу) в технологической камере PE1O8 в плоскости, расположенной на высоте 10 мм над подложкой.

Другие функции включают в себя улучшенную систему вращения газа, которая использует алгоритм управления обратной связью, чтобы сгладить производительность и непосредственно измерить скорость вращения, и новое поколение PID для контроля температуры. Параметры процесса эпитаксии. В прототипной камере был разработан эпитаксиальный процесс роста N-типа. Трихлорзилан и этилен использовали в качестве предшественников для атомов кремния и углерода; H2 использовали в качестве газа носителя, а азот использовали для легирования N-типа. Коммерческие коммерческие субстраты 150 мм SI и субстраты SIC SIC-исследования использовали для выращивания толщиной толщиной 6,5 мкм 1 × 1016CM-3 N-легированных 4H-SIC. Поверхность субстрата травления in situ с использованием потока H2 при повышенной температуре. После этой стадии травления слой буфера N-типа выращивал с использованием низкой скорости роста и низкого соотношения C/SI для приготовления сглаживающего слоя. Помимо этого буферного слоя, активный слой с высокой скоростью роста (30 мкм/ч) осаждали с использованием более высокого отношения C/SI. Затем разработанный процесс был перенесен в реактор PE1O8, установленного на шведском учреждении ST. Аналогичные параметры процесса и распределение газа использовались для образцов 150 мм и 200 мм. Точная настройка параметров роста была отложена на будущие исследования из -за ограниченного количества доступных 200 мм субстратов.

Кажущуюся толщину и эффективность легирования образцов оценивали с помощью ртутного зонда FTIR и CV соответственно. Морфологию поверхности исследовали с помощью дифференциально-интерференционного контраста по Номарскому (NDIC), а плотность дефектов эпитаксиальных слоев измеряли по Канделе. Предварительные результаты. Предварительные результаты легирования и однородности толщины эпитаксиально выращенных образцов толщиной 150 и 200 мм, обработанных в камере прототипа, показаны на рис. ) всего 0,4% и 1,4% соответственно, а вариации легирования (σ-среднее) всего 1,1% и 5,6%. Значения собственного легирования составляли примерно 1×1014 см-3.

Рисунок 2 толщины и профили легирования 200 мм и 150 мм эпиваферов.

Повторяемость процесса была исследована путем сравнения изменений в беге, что приводит к изменениям толщины всего 0,7%, а вариации допинга-всего 3,1%. Как показано на рисунке 3, новые результаты процесса 200 мм сопоставимы с современными результатами, ранее полученными на 150 мм реактором PE1O6.

Рисунок 3. Толщина слоя за слоем и однородность легирования образца диаметром 200 мм, обработанного в камере-прототипе (вверху), и современного образца диаметром 150 мм, изготовленного из PE1O6 (внизу).

Что касается морфологии поверхности образцов, микроскопия NDIC подтвердила гладкую поверхность с шероховатостью ниже диапазона обнаружения микроскопа. Результаты PE1O8. Затем процесс перенесли в реактор PE1O8. Толщина и однородность легирования 200-мм эпивафлей показаны на рисунке 4. Слои растут равномерно вдоль поверхности подложки с вариациями толщины и легирования (σ/среднее) всего на 2,1% и 3,3% соответственно.

Рисунок 4 Толщина и профиль допинга 200 -мм Epiwafer в реакторе PE1O8.

Чтобы исследовать плотность дефектов эпитаксиально выращенных вафель, использовалась Кандела. Как показано на рисунке. Общая плотность дефектов 5 до 1,43 см-2 и 3,06 см-2 была достигнута на образцах 150 мм и 200 мм соответственно. Таким образом, общая доступная площадь (TUA) после эпитаксии была рассчитана на 97% и 92% для образцов 150 мм и 200 мм соответственно. Стоит отметить, что эти результаты были достигнуты только после нескольких прогонов и могут быть дополнительно улучшены путем тонкой настройки параметров процесса.

Рисунок 5. Карты дефектов Канделы на эпивафлях толщиной 6 мкм толщиной 200 мм (слева) и 150 мм (справа), выращенных из PE1O8.

Заключение

В этой статье представлен недавно разработанный CVD-реактор PE1O8 с горячими стенками и его способность выполнять равномерную эпитаксию 4H-SiC на подложках толщиной 200 мм. Предварительные результаты на расстоянии 200 мм очень многообещающие: изменения толщины по поверхности образца составляют всего 2,1%, а изменения характеристик легирования - всего 3,3% по поверхности образца. По расчетам, TUA после эпитаксии составляет 97% и 92% для образцов диаметром 150 мм и 200 мм соответственно, а прогнозируется, что TUA для образцов диаметром 200 мм улучшится в будущем с более высоким качеством подложки. Учитывая, что представленные здесь результаты на подложках шириной 200 мм основаны на нескольких сериях тестов, мы считаем, что можно будет дополнительно улучшить результаты, которые уже близки к современным результатам на образцах шириной 150 мм, путем тонкая настройка параметров роста.