இத்தாலியின் LPE இன் 200mm SiC எபிடாக்சியல் தொழில்நுட்ப முன்னேற்றம்

அறிமுகம்

அதிக வெப்பநிலை நிலைப்புத்தன்மை, பரந்த பேண்ட்கேப், உயர் முறிவு மின்சார புலம் வலிமை மற்றும் அதிக வெப்ப கடத்துத்திறன் போன்ற உயர்ந்த மின்னணு பண்புகள் காரணமாக SiC பல பயன்பாடுகளில் Si ஐ விட உயர்ந்தது. இன்று, அதிக மாறுதல் வேகம், அதிக இயக்க வெப்பநிலை மற்றும் SiC மெட்டல் ஆக்சைடு செமிகண்டக்டர் ஃபீல்ட் எஃபெக்ட் டிரான்சிஸ்டர்களின் (MOSFETகள்) குறைந்த வெப்ப எதிர்ப்பின் காரணமாக மின்சார வாகன இழுவை அமைப்புகளின் கிடைக்கும் தன்மை கணிசமாக மேம்பட்டு வருகிறது. SiC-அடிப்படையிலான மின் சாதனங்களுக்கான சந்தை கடந்த சில ஆண்டுகளில் மிக வேகமாக வளர்ந்துள்ளது; எனவே, உயர்தர, குறைபாடு இல்லாத மற்றும் சீரான SiC பொருட்களுக்கான தேவை அதிகரித்துள்ளது.

கடந்த சில தசாப்தங்களாக, 4H-SiC அடி மூலக்கூறு சப்ளையர்கள் செதில் விட்டத்தை 2 அங்குலத்திலிருந்து 150 மிமீ வரை அளவிட முடிந்தது (அதே படிக தரத்தை பராமரிக்கிறது). இன்று, SiC சாதனங்களுக்கான பிரதான செதில் அளவு 150 மிமீ ஆகும், மேலும் ஒரு யூனிட் சாதனத்திற்கான உற்பத்தி செலவைக் குறைக்க, சில சாதன உற்பத்தியாளர்கள் 200 மிமீ ஃபேப்களை நிறுவுவதற்கான ஆரம்ப கட்டத்தில் உள்ளனர். இந்த இலக்கை அடைய, வணிக ரீதியாக கிடைக்கக்கூடிய 200 மிமீ SiC செதில்களின் தேவைக்கு கூடுதலாக, சீரான SiC எபிடாக்ஸியைச் செய்யும் திறனும் மிகவும் விரும்பப்படுகிறது. எனவே, நல்ல தரமான 200 மிமீ SiC அடி மூலக்கூறுகளைப் பெற்ற பிறகு, இந்த அடி மூலக்கூறுகளில் உயர்தர எபிடாக்சியல் வளர்ச்சியைச் செய்வது அடுத்த சவாலாக இருக்கும். LPE ஆனது 200mm SiC அடி மூலக்கூறுகளை செயலாக்கும் திறன் கொண்ட பல மண்டல உள்வைப்பு அமைப்புடன் கூடிய கிடைமட்ட ஒற்றை கிரிஸ்டல் ஹாட்-வால் முழு தானியங்கி CVD உலையை வடிவமைத்து உருவாக்கியுள்ளது. இங்கே, 150mm 4H-SiC epitaxy மற்றும் 200mm எபிவேஃபர்களின் ஆரம்ப முடிவுகளை அதன் செயல்திறனை நாங்கள் தெரிவிக்கிறோம்.

முடிவுகள் மற்றும் கலந்துரையாடல்

PE1O8 என்பது 200mm SiC செதில்கள் வரை செயலாக்க வடிவமைக்கப்பட்ட முழு தானியங்கி கேசட்-டு-கேசட் அமைப்பு ஆகும். வடிவமைப்பை 150 மற்றும் 200mm இடையே மாற்றலாம், இது கருவி வேலையில்லா நேரத்தை குறைக்கிறது. வெப்பமூட்டும் நிலைகளின் குறைப்பு உற்பத்தித்திறனை அதிகரிக்கிறது, அதே நேரத்தில் ஆட்டோமேஷன் உழைப்பைக் குறைக்கிறது மற்றும் தரம் மற்றும் மீண்டும் மீண்டும் செய்யக்கூடிய தன்மையை மேம்படுத்துகிறது. ஒரு திறமையான மற்றும் செலவு-போட்டி எபிடாக்ஸி செயல்முறையை உறுதிப்படுத்த, மூன்று முக்கிய காரணிகள் தெரிவிக்கப்படுகின்றன: 1) வேகமான செயல்முறை, 2) தடிமன் மற்றும் ஊக்கமருந்து ஆகியவற்றின் உயர் சீரான தன்மை, 3) எபிடாக்ஸி செயல்பாட்டின் போது குறைபாடு உருவாக்கம். PE1O8 இல், சிறிய கிராஃபைட் நிறை மற்றும் தானியங்கு ஏற்றுதல்/ இறக்குதல் அமைப்பு ஆகியவை நிலையான ஓட்டத்தை 75 நிமிடங்களுக்குள் முடிக்க அனுமதிக்கின்றன (ஒரு நிலையான 10μm ஷாட்கி டையோடு செய்முறையானது 30μm/h வளர்ச்சி விகிதத்தைப் பயன்படுத்துகிறது). தானியங்கு அமைப்பு அதிக வெப்பநிலையில் ஏற்றுதல் / இறக்குதல் அனுமதிக்கிறது. இதன் விளைவாக, வெப்பமூட்டும் மற்றும் குளிரூட்டும் நேரங்கள் இரண்டும் குறுகியதாக இருக்கும், அதே நேரத்தில் ஏற்கனவே பேக்கிங் படியை அடக்குகிறது. இத்தகைய சிறந்த நிலைமைகள் உண்மையிலேயே அகற்றப்படாத பொருட்களின் வளர்ச்சியை அனுமதிக்கின்றன.

உபகரணங்களின் கச்சிதமான தன்மை மற்றும் அதன் மூன்று-சேனல் உட்செலுத்துதல் அமைப்பு ஊக்கமருந்து மற்றும் தடிமன் ஒரே மாதிரியான உயர் செயல்திறன் கொண்ட பல்துறை அமைப்பில் விளைகிறது. 150 மிமீ மற்றும் 200 மிமீ அடி மூலக்கூறு வடிவங்களுக்கு ஒப்பிடக்கூடிய வாயு ஓட்டம் மற்றும் வெப்பநிலை சீரான தன்மையை உறுதிசெய்ய, கணக்கீட்டு திரவ இயக்கவியல் (CFD) உருவகப்படுத்துதல்களைப் பயன்படுத்தி இது செய்யப்பட்டது. படம் 1 இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, இந்த புதிய ஊசி அமைப்பு படிவு அறையின் மத்திய மற்றும் பக்கவாட்டு பகுதிகளில் ஒரே மாதிரியாக வாயுவை வழங்குகிறது. எரிவாயு கலவை அமைப்பு உள்நாட்டில் விநியோகிக்கப்படும் வாயு வேதியியலின் மாறுபாட்டை செயல்படுத்துகிறது, எபிடாக்சியல் வளர்ச்சியை மேம்படுத்த அனுசரிப்பு செயல்முறை அளவுருக்களின் எண்ணிக்கையை மேலும் விரிவுபடுத்துகிறது.

படம் 1 அடி மூலக்கூறுக்கு மேலே 10 மிமீ அமைந்துள்ள ஒரு விமானத்தில் PE1O8 செயல்முறை அறையில் உருவகப்படுத்தப்பட்ட வாயு வேக அளவு (மேல்) மற்றும் வாயு வெப்பநிலை (கீழ்).

மற்ற அம்சங்களில் மேம்படுத்தப்பட்ட வாயு சுழற்சி அமைப்பு அடங்கும், இது செயல்திறனை மென்மையாக்குவதற்கும், சுழற்சி வேகத்தை நேரடியாக அளவிடுவதற்கும் பின்னூட்டக் கட்டுப்பாட்டு வழிமுறையைப் பயன்படுத்துகிறது, மேலும் வெப்பநிலைக் கட்டுப்பாட்டிற்கான புதிய தலைமுறை PID. எபிடாக்ஸி செயல்முறை அளவுருக்கள். ஒரு n-வகை 4H-SiC எபிடாக்சியல் வளர்ச்சி செயல்முறை ஒரு முன்மாதிரி அறையில் உருவாக்கப்பட்டது. சிலிக்கான் மற்றும் கார்பன் அணுக்களுக்கு முன்னோடியாக டிரைக்ளோரோசிலேன் மற்றும் எத்திலீன் பயன்படுத்தப்பட்டன; H2 கேரியர் வாயுவாகவும் நைட்ரஜன் n-வகை ஊக்கமருந்துக்காகவும் பயன்படுத்தப்பட்டது. 6.5μm தடிமன் 1×1016cm-3 n-டோப் செய்யப்பட்ட 4H-SiC எபிலேயர்களை வளர்க்க Si-முகம் கொண்ட வணிக 150mm SiC அடி மூலக்கூறுகள் மற்றும் ஆராய்ச்சி தர 200mm SiC அடி மூலக்கூறுகள் பயன்படுத்தப்பட்டன. அடி மூலக்கூறு மேற்பரப்பு உயர்ந்த வெப்பநிலையில் H2 ஓட்டத்தைப் பயன்படுத்தி சிட்டுவில் பொறிக்கப்பட்டது. இந்த செதுக்குதல் படிக்குப் பிறகு, ஒரு n-வகை தாங்கல் அடுக்கு குறைந்த வளர்ச்சி விகிதம் மற்றும் குறைந்த C/Si விகிதத்தைப் பயன்படுத்தி மென்மையாக்கும் அடுக்கைத் தயாரிக்கிறது. இந்த இடையக அடுக்கின் மேல், அதிக வளர்ச்சி விகிதத்துடன் (30μm/h) செயலில் உள்ள அடுக்கு அதிக C/Si விகிதத்தைப் பயன்படுத்தி டெபாசிட் செய்யப்பட்டது. உருவாக்கப்பட்ட செயல்முறை பின்னர் ST இன் ஸ்வீடிஷ் வசதியில் நிறுவப்பட்ட PE1O8 உலைக்கு மாற்றப்பட்டது. இதேபோன்ற செயல்முறை அளவுருக்கள் மற்றும் எரிவாயு விநியோகம் 150 மிமீ மற்றும் 200 மிமீ மாதிரிகளுக்கு பயன்படுத்தப்பட்டது. குறைந்த எண்ணிக்கையிலான 200 மிமீ அடி மூலக்கூறுகள் இருப்பதால் வளர்ச்சி அளவுருக்களின் சிறந்த டியூனிங் எதிர்கால ஆய்வுகளுக்கு ஒத்திவைக்கப்பட்டது.

மாதிரிகளின் வெளிப்படையான தடிமன் மற்றும் ஊக்கமருந்து செயல்திறன் முறையே FTIR மற்றும் CV பாதரச ஆய்வு மூலம் மதிப்பிடப்பட்டது. மேற்பரப்பு உருவவியல் நோமார்ஸ்கி வேறுபட்ட குறுக்கீடு மாறுபாடு (NDIC) நுண்ணோக்கி மூலம் ஆராயப்பட்டது, மேலும் எபிலேயர்களின் குறைபாடு அடர்த்தி காண்டேலாவால் அளவிடப்பட்டது. ஆரம்ப முடிவுகள். ஊக்கமருந்து மற்றும் தடிமன் சீரான 150 மிமீ மற்றும் 200 மிமீ எபிடாக்சியாக வளர்ந்த மாதிரிகள் முன்மாதிரி அறையில் செயலாக்கப்பட்ட மாதிரிகள் படம் 2 இல் காட்டப்பட்டுள்ளன. எபிலேயர்கள் 150 மிமீ மற்றும் 200 மிமீ அடி மூலக்கூறுகளின் மேற்பரப்பில் ஒரே மாதிரியாக வளர்ந்தன, தடிமன் மாறுபாடுகளுடன் (σ/mean ) முறையே 0.4% மற்றும் 1.4% ஆகவும், ஊக்கமருந்து மாறுபாடுகள் (σ- சராசரி) 1.1% மற்றும் 5.6% ஆகவும் குறைந்தது. உள்ளார்ந்த ஊக்கமருந்து மதிப்புகள் தோராயமாக 1×1014 செமீ-3.

படம் 2 200 மிமீ மற்றும் 150 மிமீ எபிவேஃபர்களின் தடிமன் மற்றும் ஊக்கமருந்து சுயவிவரங்கள்.

ரன்-டு-ரன் மாறுபாடுகளை ஒப்பிடுவதன் மூலம் செயல்முறையின் மறுநிகழ்வு ஆராயப்பட்டது, இதன் விளைவாக தடிமன் மாறுபாடுகள் 0.7% ஆகவும், ஊக்கமருந்து மாறுபாடுகள் 3.1% ஆகவும் உள்ளன. படம் 3 இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, புதிய 200mm செயல்முறை முடிவுகள், PE1O6 அணு உலை மூலம் 150mm இல் முன்னர் பெறப்பட்ட அதிநவீன முடிவுகளுடன் ஒப்பிடத்தக்கது.

படம் 3 ஒரு முன்மாதிரி அறை (மேல்) மற்றும் PE1O6 (கீழே) மூலம் புனையப்பட்ட அதிநவீன 150mm மாதிரியின் 200mm மாதிரியின் அடுக்கு-மூலம்-அடுக்கு தடிமன் மற்றும் ஊக்கமருந்து சீரான தன்மை.

மாதிரிகளின் மேற்பரப்பு உருவ அமைப்பைப் பொறுத்தவரை, NDIC நுண்ணோக்கி நுண்ணோக்கியின் கண்டறியக்கூடிய வரம்பிற்குக் கீழே கடினத்தன்மையுடன் மென்மையான மேற்பரப்பை உறுதிப்படுத்தியது. PE1O8 முடிவுகள். செயல்முறை பின்னர் PE1O8 உலைக்கு மாற்றப்பட்டது. 200 மிமீ எபிவேஃபர்களின் தடிமன் மற்றும் ஊக்கமருந்து சீரான தன்மை படம் 4 இல் காட்டப்பட்டுள்ளது. எபிலேயர்கள் தடிமன் மற்றும் ஊக்கமருந்து மாறுபாடுகளுடன் (σ/சராசரி) முறையே 2.1% மற்றும் 3.3% என அடி மூலக்கூறு மேற்பரப்பில் ஒரே மாதிரியாக வளரும்.

படம் 4 PE1O8 அணுஉலையில் 200மிமீ எபிவேஃபரின் தடிமன் மற்றும் ஊக்கமருந்து சுயவிவரம்.

எபிடாக்ஸியாக வளர்ந்த செதில்களின் குறைபாடு அடர்த்தியை ஆராய, கேண்டெலா பயன்படுத்தப்பட்டது. படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளபடி. 150 மிமீ மற்றும் 200 மிமீ மாதிரிகளில் முறையே 1.43 செ.மீ.-2 மற்றும் 3.06 செ.மீ.-2 மொத்த குறைபாடு அடர்த்தி 5 அடையப்பட்டது. எபிடாக்ஸிக்குப் பிறகு கிடைக்கும் மொத்த பரப்பளவு (TUA) 150mm மற்றும் 200mm மாதிரிகளுக்கு முறையே 97% மற்றும் 92% என கணக்கிடப்பட்டது. இந்த முடிவுகள் சில ரன்களுக்குப் பிறகுதான் அடையப்பட்டன என்பதும், செயல்முறை அளவுருக்களை நன்றாகச் சரிசெய்வதன் மூலம் மேலும் மேம்படுத்தலாம் என்பதும் குறிப்பிடத் தக்கது.

படம் 5 PE1O8 உடன் வளர்க்கப்பட்ட 6μm தடிமன் கொண்ட 200mm (இடது) மற்றும் 150mm (வலது) எபிவேஃபர்களின் Candela குறைபாடு வரைபடங்கள்.

முடிவுரை

இந்தத் தாள் புதிதாக வடிவமைக்கப்பட்ட PE1O8 ஹாட்-வால் CVD ரியாக்டரையும், 200mm அடி மூலக்கூறுகளில் சீரான 4H-SiC எபிடாக்சியைச் செய்யும் திறனையும் வழங்குகிறது. மாதிரி மேற்பரப்பில் 2.1% வரை தடிமன் மாறுபாடுகள் மற்றும் மாதிரி மேற்பரப்பில் 3.3% குறைவான ஊக்கமருந்து செயல்திறன் மாறுபாடுகளுடன், 200mm இல் ஆரம்ப முடிவுகள் மிகவும் நம்பிக்கைக்குரியவை. 150 மிமீ மற்றும் 200 மிமீ மாதிரிகளுக்கு முறையே 97% மற்றும் 92% என எபிடாக்ஸிக்குப் பிறகு TUA கணக்கிடப்பட்டது, மேலும் 200mmக்கான TUA எதிர்காலத்தில் அதிக அடி மூலக்கூறு தரத்துடன் மேம்படும் என்று கணிக்கப்பட்டுள்ளது. இங்கு தெரிவிக்கப்பட்டுள்ள 200மிமீ அடி மூலக்கூறுகளின் முடிவுகள் சில செட் சோதனைகளை அடிப்படையாகக் கொண்டவை என்பதைக் கருத்தில் கொண்டு, ஏற்கனவே 150மிமீ மாதிரிகளில் உள்ள அதிநவீன முடிவுகளுக்கு அருகில் இருக்கும் முடிவுகளை மேலும் மேம்படுத்த முடியும் என்று நாங்கள் நம்புகிறோம். வளர்ச்சி அளவுருக்களை நன்றாகச் சரிசெய்தல்.