ইতালির LPE এর 200mm SiC এপিটাক্সিয়াল প্রযুক্তির অগ্রগতি

ভূমিকা

উচ্চ তাপমাত্রার স্থিতিশীলতা, প্রশস্ত ব্যান্ডগ্যাপ, উচ্চ ভাঙ্গন বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের শক্তি, এবং উচ্চ তাপ পরিবাহিতা এর মতো উচ্চতর বৈদ্যুতিন বৈশিষ্ট্যের কারণে SiC অনেক অ্যাপ্লিকেশনে Si থেকে উচ্চতর। আজ, উচ্চ সুইচিং গতি, উচ্চ অপারেটিং তাপমাত্রা, এবং SiC মেটাল অক্সাইড সেমিকন্ডাক্টর ফিল্ড ইফেক্ট ট্রানজিস্টর (MOSFETs) এর নিম্ন তাপীয় প্রতিরোধের কারণে বৈদ্যুতিক গাড়ির ট্র্যাকশন সিস্টেমের প্রাপ্যতা উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত হচ্ছে। গত কয়েক বছরে SiC-ভিত্তিক পাওয়ার ডিভাইসের বাজার খুব দ্রুত বৃদ্ধি পেয়েছে; অতএব, উচ্চ-মানের, ত্রুটি-মুক্ত, এবং অভিন্ন SiC উপকরণের চাহিদা বেড়েছে।

গত কয়েক দশক ধরে, 4H-SiC সাবস্ট্রেট সরবরাহকারীরা ওয়েফারের ব্যাস 2 ইঞ্চি থেকে 150 মিমি (একই ক্রিস্টাল গুণমান বজায় রেখে) স্কেল করতে সক্ষম হয়েছে। আজ, SiC ডিভাইসের মূলধারার ওয়েফারের আকার হল 150 মিমি, এবং প্রতি ইউনিট ডিভাইসের উৎপাদন খরচ কমাতে, কিছু ডিভাইস নির্মাতারা 200 মিমি ফ্যাব স্থাপনের প্রাথমিক পর্যায়ে রয়েছে। এই লক্ষ্য অর্জনের জন্য, বাণিজ্যিকভাবে উপলব্ধ 200 মিমি SiC ওয়েফারের প্রয়োজন ছাড়াও, অভিন্ন SiC এপিটাক্সি সম্পাদন করার ক্ষমতাও অত্যন্ত কাঙ্ক্ষিত। অতএব, ভাল মানের 200 মিমি SiC সাবস্ট্রেটগুলি পাওয়ার পরে, পরবর্তী চ্যালেঞ্জ হবে এই সাবস্ট্রেটগুলিতে উচ্চ-মানের এপিটাক্সিয়াল বৃদ্ধি করা। LPE একটি অনুভূমিক একক ক্রিস্টাল হট-ওয়াল সম্পূর্ণ স্বয়ংক্রিয় CVD চুল্লি (পিই1O8 নামে) ডিজাইন করেছে এবং তৈরি করেছে যা 200mm SiC সাবস্ট্রেট পর্যন্ত প্রক্রিয়াকরণ করতে সক্ষম একটি মাল্টি-জোন ইমপ্লান্টেশন সিস্টেম দিয়ে সজ্জিত। এখানে, আমরা 150mm 4H-SiC এপিটাক্সিতে এর পারফরম্যান্সের পাশাপাশি 200mm এপিওয়াফারে প্রাথমিক ফলাফলের প্রতিবেদন করি।

ফলাফল এবং আলোচনা

PE1O8 হল একটি সম্পূর্ণ স্বয়ংক্রিয় ক্যাসেট-টু-ক্যাসেট সিস্টেম যা 200mm SiC ওয়েফারগুলি প্রক্রিয়া করার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে। ফর্ম্যাটটি 150 এবং 200 মিমি এর মধ্যে স্যুইচ করা যেতে পারে, টুল ডাউনটাইম কমিয়ে। গরম করার পর্যায়গুলির হ্রাস উত্পাদনশীলতা বাড়ায়, যখন অটোমেশন শ্রম হ্রাস করে এবং গুণমান এবং পুনরাবৃত্তিযোগ্যতা উন্নত করে। একটি দক্ষ এবং খরচ-প্রতিযোগীতামূলক এপিটাক্সি প্রক্রিয়া নিশ্চিত করার জন্য, তিনটি প্রধান কারণের রিপোর্ট করা হয়েছে: 1) দ্রুত প্রক্রিয়া, 2) পুরুত্ব এবং ডোপিংয়ের উচ্চ অভিন্নতা, 3) এপিটাক্সি প্রক্রিয়া চলাকালীন ত্রুটির গঠন হ্রাস করা। PE1O8-এ, ছোট গ্রাফাইট ভর এবং স্বয়ংক্রিয় লোডিং/আনলোডিং সিস্টেম একটি স্ট্যান্ডার্ড রান 75 মিনিটেরও কম সময়ে সম্পন্ন করার অনুমতি দেয় (একটি স্ট্যান্ডার্ড 10μm Schottky ডায়োড রেসিপি 30μm/h বৃদ্ধির হার ব্যবহার করে)। স্বয়ংক্রিয় সিস্টেম উচ্চ তাপমাত্রায় লোড/আনলোড করার অনুমতি দেয়। ফলস্বরূপ, গরম এবং শীতল করার সময় উভয়ই ছোট, যখন ইতিমধ্যে বেকিং ধাপটি দমন করে। এই ধরনের আদর্শ অবস্থা সত্যিকারের অপরিবর্তিত উপাদান বৃদ্ধির অনুমতি দেয়।

সরঞ্জামের কম্প্যাক্টনেস এবং এর তিন-চ্যানেল ইনজেকশন সিস্টেম ডোপিং এবং পুরুত্বের অভিন্নতা উভয় ক্ষেত্রেই উচ্চ কার্যকারিতা সহ একটি বহুমুখী সিস্টেমে পরিণত হয়। এটি 150 মিমি এবং 200 মিমি সাবস্ট্রেট ফরম্যাটের জন্য তুলনীয় গ্যাস প্রবাহ এবং তাপমাত্রার অভিন্নতা নিশ্চিত করতে কম্পিউটেশনাল ফ্লুইড ডাইনামিকস (সিএফডি) সিমুলেশন ব্যবহার করে সঞ্চালিত হয়েছিল। চিত্র 1-এ দেখানো হয়েছে, এই নতুন ইনজেকশন সিস্টেম ডিপোজিশন চেম্বারের কেন্দ্রীয় এবং পার্শ্বীয় অংশগুলিতে সমানভাবে গ্যাস সরবরাহ করে। গ্যাস মিক্সিং সিস্টেম স্থানীয়ভাবে বিতরণ করা গ্যাস রসায়নের বৈচিত্র্যকে সক্ষম করে, এপিটাক্সিয়াল বৃদ্ধিকে অপ্টিমাইজ করার জন্য সামঞ্জস্যযোগ্য প্রক্রিয়া পরামিতিগুলির সংখ্যা আরও প্রসারিত করে।

চিত্র 1 সাবস্ট্রেটের উপরে 10 মিমি অবস্থিত একটি সমতলে PE1O8 প্রসেস চেম্বারে সিমুলেটেড গ্যাস বেগের মাত্রা (শীর্ষ) এবং গ্যাসের তাপমাত্রা (নীচে)।

অন্যান্য বৈশিষ্ট্যগুলির মধ্যে রয়েছে একটি উন্নত গ্যাস ঘূর্ণন ব্যবস্থা যা কার্যক্ষমতা মসৃণ করতে এবং ঘূর্ণন গতি সরাসরি পরিমাপ করার জন্য একটি প্রতিক্রিয়া নিয়ন্ত্রণ অ্যালগরিদম ব্যবহার করে এবং তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণের জন্য পিআইডি-র একটি নতুন প্রজন্ম। এপিটাক্সি প্রক্রিয়া পরামিতি। একটি এন-টাইপ 4H-SiC এপিটাক্সিয়াল বৃদ্ধি প্রক্রিয়া একটি প্রোটোটাইপ চেম্বারে তৈরি করা হয়েছিল। ট্রাইক্লোরোসিলেন এবং ইথিলিন সিলিকন এবং কার্বন পরমাণুর অগ্রদূত হিসাবে ব্যবহৃত হয়েছিল; H2 বাহক গ্যাস হিসাবে ব্যবহৃত হয়েছিল এবং নাইট্রোজেন এন-টাইপ ডোপিংয়ের জন্য ব্যবহৃত হয়েছিল। Si-মুখী বাণিজ্যিক 150mm SiC সাবস্ট্রেট এবং রিসার্চ-গ্রেড 200mm SiC সাবস্ট্রেটগুলি 6.5μm পুরু 1×1016cm-3 n-doped 4H-SiC এপিলেয়ার বাড়াতে ব্যবহার করা হয়েছিল। উচ্চ তাপমাত্রায় H2 প্রবাহ ব্যবহার করে সাবস্ট্রেট পৃষ্ঠটি সিটুতে খোদাই করা হয়েছিল। এই এচিং ধাপের পরে, একটি মসৃণ স্তর প্রস্তুত করতে একটি এন-টাইপ বাফার স্তর একটি কম বৃদ্ধির হার এবং একটি নিম্ন C/Si অনুপাত ব্যবহার করে জন্মানো হয়েছিল। এই বাফার স্তরের উপরে, উচ্চ বৃদ্ধির হার (30μm/h) সহ একটি সক্রিয় স্তর উচ্চতর C/Si অনুপাত ব্যবহার করে জমা করা হয়েছিল। উন্নত প্রক্রিয়াটি তারপর ST-এর সুইডিশ সুবিধায় ইনস্টল করা একটি PE1O8 চুল্লিতে স্থানান্তরিত করা হয়েছিল। অনুরূপ প্রক্রিয়া পরামিতি এবং গ্যাস বিতরণ 150 মিমি এবং 200 মিমি নমুনার জন্য ব্যবহার করা হয়েছিল। সীমিত সংখ্যক উপলব্ধ 200 মিমি সাবস্ট্রেটের কারণে বৃদ্ধির পরামিতিগুলির সূক্ষ্ম টিউনিং ভবিষ্যতের গবেষণায় স্থগিত করা হয়েছিল।

নমুনাগুলির আপাত বেধ এবং ডোপিং কর্মক্ষমতা যথাক্রমে FTIR এবং CV পারদ প্রোব দ্বারা মূল্যায়ন করা হয়েছিল। নোমারস্কি ডিফারেন্সিয়াল ইন্টারফারেন্স কন্ট্রাস্ট (এনডিআইসি) মাইক্রোস্কোপি দ্বারা পৃষ্ঠের আকারবিদ্যা তদন্ত করা হয়েছিল এবং এপিলেয়ারগুলির ত্রুটির ঘনত্ব ক্যান্ডেলা দ্বারা পরিমাপ করা হয়েছিল। প্রাথমিক ফলাফল। প্রোটোটাইপ চেম্বারে প্রক্রিয়াকৃত 150 মিমি এবং 200 মিমি এপিটাক্সালি বর্ধিত নমুনাগুলির ডোপিং এবং পুরুত্বের অভিন্নতার প্রাথমিক ফলাফলগুলি চিত্র 2-এ দেখানো হয়েছে। এপিলেয়ারগুলি 150 মিমি এবং 200 মিমি সাবস্ট্রেটের পৃষ্ঠ বরাবর সমানভাবে বৃদ্ধি পেয়েছিল, পুরুত্বের ভিন্নতার সাথে ) যথাক্রমে 0.4% এবং 1.4% হিসাবে কম, এবং ডোপিং বৈচিত্র্য (σ-মান) 1.1% এবং 5.6% হিসাবে কম। অভ্যন্তরীণ ডোপিং মান ছিল প্রায় 1×1014 সেমি-3।

চিত্র 2 200 মিমি এবং 150 মিমি এপিওয়াফারের পুরুত্ব এবং ডোপিং প্রোফাইল।

প্রক্রিয়াটির পুনরাবৃত্তিযোগ্যতা রান-টু-রান বৈচিত্রের তুলনা করে তদন্ত করা হয়েছিল, যার ফলে পুরুত্বের তারতম্য 0.7% এবং ডোপিং বৈচিত্র 3.1% কম। চিত্র 3-তে দেখানো হয়েছে, নতুন 200mm প্রক্রিয়ার ফলাফলগুলি পূর্বে একটি PE1O6 চুল্লি দ্বারা 150mm এ প্রাপ্ত অত্যাধুনিক ফলাফলের সাথে তুলনীয়।

চিত্র 3 একটি প্রোটোটাইপ চেম্বার (শীর্ষ) এবং PE1O6 (নীচে) দ্বারা গড়া একটি অত্যাধুনিক 150 মিমি নমুনা দ্বারা প্রক্রিয়াকৃত একটি 200 মিমি নমুনার লেয়ার-বাই-লেয়ার বেধ এবং ডোপিং অভিন্নতা।

নমুনাগুলির পৃষ্ঠের রূপবিদ্যা সম্পর্কে, এনডিআইসি মাইক্রোস্কোপি মাইক্রোস্কোপের সনাক্তযোগ্য সীমার নীচে রুক্ষতা সহ একটি মসৃণ পৃষ্ঠকে নিশ্চিত করেছে। PE1O8 ফলাফল। প্রক্রিয়াটি তখন একটি PE1O8 চুল্লিতে স্থানান্তরিত হয়েছিল। 200 মিমি এপিওয়াফারের পুরুত্ব এবং ডোপিং অভিন্নতা চিত্র 4-এ দেখানো হয়েছে। এপিলেয়ারগুলি যথাক্রমে 2.1% এবং 3.3% পর্যন্ত পুরুত্ব এবং ডোপিং বৈচিত্র্য (σ/মান) সহ সাবস্ট্রেট পৃষ্ঠ বরাবর সমানভাবে বৃদ্ধি পায়।

চিত্র 4 একটি PE1O8 চুল্লিতে একটি 200 মিমি এপিওয়াফারের পুরুত্ব এবং ডোপিং প্রোফাইল।

এপিটাক্সালিভাবে উত্থিত ওয়েফারগুলির ত্রুটির ঘনত্ব তদন্ত করতে, ক্যান্ডেলা ব্যবহার করা হয়েছিল। চিত্রে দেখানো হয়েছে। 150 মিমি এবং 200 মিমি নমুনাগুলিতে যথাক্রমে 1.43 সেমি-2 এবং 3.06 সেমি-2 5 এর মোট ত্রুটির ঘনত্ব অর্জন করা হয়েছিল। এপিটাক্সির পরে মোট উপলব্ধ এলাকা (TUA) তাই 150mm এবং 200mm নমুনার জন্য যথাক্রমে 97% এবং 92% হিসাবে গণনা করা হয়েছিল। এটি উল্লেখ করার মতো যে এই ফলাফলগুলি শুধুমাত্র কয়েক রানের পরেই অর্জিত হয়েছিল এবং প্রক্রিয়ার পরামিতিগুলিকে সূক্ষ্ম-টিউনিং করে আরও উন্নত করা যেতে পারে।

চিত্র 5 PE1O8 দিয়ে জন্মানো 6μm পুরু 200mm (বাম) এবং 150mm (ডান) এপিওয়াফারের ক্যান্ডেলা ত্রুটি মানচিত্র।

উপসংহার

এই কাগজটি নতুন ডিজাইন করা PE1O8 হট-ওয়াল সিভিডি চুল্লি এবং 200 মিমি সাবস্ট্রেটে অভিন্ন 4H-SiC এপিটাক্সি সম্পাদন করার ক্ষমতা উপস্থাপন করে। 200mm-এর প্রাথমিক ফলাফল খুবই আশাব্যঞ্জক, নমুনা পৃষ্ঠ জুড়ে পুরুত্বের তারতম্য 2.1% এবং নমুনা পৃষ্ঠ জুড়ে 3.3% পর্যন্ত ডোপিং কর্মক্ষমতা বৈচিত্র্য। এপিটাক্সির পরে TUA 150mm এবং 200mm নমুনার জন্য যথাক্রমে 97% এবং 92% হিসাবে গণনা করা হয়েছিল, এবং 200mm-এর জন্য TUA উচ্চ স্তরের মানের সাথে ভবিষ্যতে উন্নতির পূর্বাভাস দেওয়া হয়েছে। এখানে রিপোর্ট করা 200 মিমি সাবস্ট্রেটের ফলাফলগুলি কয়েক সেট পরীক্ষার উপর ভিত্তি করে, আমরা বিশ্বাস করি যে ফলাফলগুলি আরও উন্নত করা সম্ভব হবে, যা ইতিমধ্যে 150 মিমি নমুনার অত্যাধুনিক ফলাফলের কাছাকাছি। বৃদ্ধি পরামিতি সূক্ষ্ম-টিউনিং.