ইতালির LPE এর 200mm SiC এপিটাক্সিয়াল প্রযুক্তির অগ্রগতি

ভূমিকা

উচ্চ তাপমাত্রা স্থায়িত্ব, প্রশস্ত ব্যান্ডগ্যাপ, উচ্চ ব্রেকডাউন বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র শক্তি এবং উচ্চ তাপীয় পরিবাহিতা হিসাবে উচ্চতর বৈদ্যুতিন বৈশিষ্ট্যের কারণে এসআইসি অনেকগুলি অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে এসআইয়ের চেয়ে উচ্চতর। উচ্চ স্যুইচিং গতি, উচ্চতর অপারেটিং তাপমাত্রা এবং সিক ধাতব অক্সাইড সেমিকন্ডাক্টর ফিল্ড এফেক্ট ট্রানজিস্টর (এমওএসএফইটি) এর নিম্ন তাপ প্রতিরোধের কারণে আজ বৈদ্যুতিক যানবাহন ট্র্যাকশন সিস্টেমগুলির প্রাপ্যতা উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত হচ্ছে। এসআইসি-ভিত্তিক পাওয়ার ডিভাইসগুলির বাজার গত কয়েক বছর ধরে খুব দ্রুত বৃদ্ধি পেয়েছে; অতএব, উচ্চমানের, ত্রুটি-মুক্ত এবং অভিন্ন এসআইসি উপকরণের চাহিদা বৃদ্ধি পেয়েছে।

বিগত কয়েক দশক ধরে, 4 ঘন্টা-সিক সাবস্ট্রেট সরবরাহকারীরা 2 ইঞ্চি থেকে 150 মিমি (একই স্ফটিক গুণমান বজায় রাখতে) ওয়েফার ব্যাসকে স্কেল করতে সক্ষম হয়েছে। আজ, এসআইসি ডিভাইসগুলির জন্য মূলধারার ওয়েফার আকারটি 150 মিমি এবং ইউনিট ডিভাইসে উত্পাদন ব্যয় হ্রাস করার জন্য, কিছু ডিভাইস প্রস্তুতকারকরা 200 মিমি ফ্যাব স্থাপনের প্রাথমিক পর্যায়ে রয়েছে। এই লক্ষ্য অর্জনের জন্য, বাণিজ্যিকভাবে উপলব্ধ 200 মিমি এসআইসি ওয়েফারগুলির প্রয়োজনীয়তা ছাড়াও, ইউনিফর্ম সিক এপিট্যাক্সি সম্পাদনের ক্ষমতাও অত্যন্ত পছন্দসই। অতএব, ভাল মানের 200 মিমি এসআইসি সাবস্ট্রেটগুলি পাওয়ার পরে, পরবর্তী চ্যালেঞ্জ হ'ল এই স্তরগুলিতে উচ্চমানের এপিট্যাক্সিয়াল বৃদ্ধি করা। এলপিই 200 মিমি এসআইসি সাবস্ট্রেটগুলি প্রক্রিয়াজাত করতে সক্ষম একটি মাল্টি-জোন রোপন সিস্টেমের সাথে সজ্জিত একটি অনুভূমিক একক স্ফটিক হট-ওয়াল সম্পূর্ণ স্বয়ংক্রিয় সিভিডি চুল্লি (নাম PE1O8 নামে) ডিজাইন করেছে এবং তৈরি করেছে। এখানে, আমরা এর পারফরম্যান্স 150 মিমি 4 এইচ-সিস এপিট্যাক্সিতে পাশাপাশি 200 মিমি এপিওয়াফারগুলিতে 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 সিমুলেটেড গ্যাসের বেগের দৈর্ঘ্য (শীর্ষ) এবং গ্যাসের তাপমাত্রা (নীচে) পিই 1 ও 8 প্রক্রিয়া চেম্বারে সাবস্ট্রেটের 10 মিমি উপরে অবস্থিত একটি বিমানে।

অন্যান্য বৈশিষ্ট্যগুলির মধ্যে একটি উন্নত গ্যাস ঘূর্ণন সিস্টেম অন্তর্ভুক্ত যা কার্যকারিতা মসৃণ করতে এবং সরাসরি ঘূর্ণন গতি পরিমাপ করতে এবং তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণের জন্য পিআইডি -র একটি নতুন প্রজন্মকে সরাসরি পরিমাপ করতে একটি প্রতিক্রিয়া নিয়ন্ত্রণ অ্যালগরিদম ব্যবহার করে। এপিট্যাক্সি প্রক্রিয়া পরামিতি। একটি এন-টাইপ 4 এইচ-সিক এপিট্যাক্সিয়াল বৃদ্ধি প্রক্রিয়া একটি প্রোটোটাইপ চেম্বারে বিকাশ করা হয়েছিল। ট্রাইক্লোরোসিলেন এবং ইথিলিন সিলিকন এবং কার্বন পরমাণুর পূর্ববর্তী হিসাবে ব্যবহৃত হত; এইচ 2 ক্যারিয়ার গ্যাস হিসাবে ব্যবহৃত হত এবং নাইট্রোজেন এন-টাইপ ডোপিংয়ের জন্য ব্যবহৃত হত। এসআই-মুখী বাণিজ্যিক 150 মিমি এসআইসি সাবস্ট্রেটস এবং গবেষণা-গ্রেড 200 মিমি এসআইসি সাবস্ট্রেটগুলি 6.5μm পুরু 1 × 1016 সেমি -3 এন-ডোপড 4 এইচ-সিক এপিলেয়ারগুলি বৃদ্ধি করতে ব্যবহৃত হয়েছিল। সাবস্ট্রেট পৃষ্ঠটি উচ্চতর তাপমাত্রায় এইচ 2 প্রবাহ ব্যবহার করে সিটুতে আবদ্ধ ছিল। এই এচিং পদক্ষেপের পরে, একটি স্মুথিং স্তর প্রস্তুত করতে একটি এন-টাইপ বাফার স্তরটি কম বৃদ্ধির হার এবং কম সি/সি অনুপাত ব্যবহার করে জন্মেছিল। এই বাফার স্তরটির শীর্ষে, উচ্চতর বৃদ্ধি হার (30μm/ঘন্টা) সহ একটি সক্রিয় স্তর একটি উচ্চ সি/এসআই অনুপাত ব্যবহার করে জমা দেওয়া হয়েছিল। এরপরে উন্নত প্রক্রিয়াটি এসটি এর সুইডিশ সুবিধায় ইনস্টল করা একটি PE1O8 চুল্লীতে স্থানান্তরিত হয়েছিল। অনুরূপ প্রক্রিয়া পরামিতি এবং গ্যাস বিতরণ 150 মিমি এবং 200 মিমি নমুনার জন্য ব্যবহৃত হয়েছিল। উপলব্ধ 200 মিমি স্তরগুলির সীমিত সংখ্যার কারণে ভবিষ্যতের অধ্যয়নগুলিতে গ্রোথ প্যারামিটারগুলির সূক্ষ্ম সুরকরণ স্থগিত করা হয়েছিল।

নমুনার স্পষ্ট 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 ) 0.4% হিসাবে কম এবং যথাক্রমে 1.4%, এবং ডোপিং ভিন্নতা (σ-মানে) 1.1% এবং 5.6% হিসাবে কম। অভ্যন্তরীণ ডোপিং মানগুলি প্রায় 1×1014 সেমি-3 ছিল।

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

প্রক্রিয়াটির পুনরাবৃত্তিযোগ্যতা রান-টু-রান পরিবর্তনের তুলনা করে তদন্ত করা হয়েছিল, যার ফলে বেধের প্রকরণগুলি 0.7% হিসাবে কম এবং ডোপিং বৈচিত্রগুলি 3.1% হিসাবে কম হয়। চিত্র 3-তে দেখানো হয়েছে, নতুন 200 মিমি প্রক্রিয়া ফলাফলগুলি পিই 1 ও 6 চুল্লি দ্বারা 150 মিমি পূর্বে প্রাপ্ত অত্যাধুনিক ফলাফলগুলির 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 পরিসরের 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 ভিন্নতা (σ/মান) সহ সাবস্ট্রেট পৃষ্ঠ বরাবর সমানভাবে বৃদ্ধি পায়।

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

এপিটাক্সিয়ালি উত্থিত ওয়েফারগুলির ত্রুটি ঘনত্ব তদন্ত করতে, ক্যান্ডেলা ব্যবহার করা হয়েছিল। চিত্র হিসাবে দেখানো হয়েছে। 1.43 সেমি -2 এবং 3.06 সেমি -2 হিসাবে কম 5 এর মোট ত্রুটি ঘনত্ব যথাক্রমে 150 মিমি এবং 200 মিমি নমুনায় অর্জন করা হয়েছিল। এপিট্যাক্সির পরে মোট উপলব্ধ অঞ্চল (টিইউএ) তাই যথাক্রমে 150 মিমি এবং 200 মিমি নমুনার জন্য যথাক্রমে 97% এবং 92% হিসাবে গণনা করা হয়েছিল। এটি উল্লেখ করার মতো যে এই ফলাফলগুলি কেবল কয়েকটি রানের পরে অর্জন করা হয়েছিল এবং প্রক্রিয়া পরামিতিগুলি সূক্ষ্ম-সুর করে আরও উন্নত করা যেতে পারে।

চিত্র 5 PE1O8 এর সাথে বেড়ে ওঠা 6μm পুরু 200 মিমি (বাম) এবং 150 মিমি (ডান) এপিওয়াফারগুলির ক্যান্ডেলা ত্রুটিযুক্ত মানচিত্র।

উপসংহার

এই কাগজটি সদ্য নকশিত PE1O8 হট-ওয়াল সিভিডি চুল্লি এবং 200 মিমি স্তরগুলিতে ইউনিফর্ম 4H-SIC এপিট্যাক্সি সম্পাদন করার ক্ষমতা উপস্থাপন করেছে। 200 মিমি উপর প্রাথমিক ফলাফলগুলি খুব আশাব্যঞ্জক, নমুনা পৃষ্ঠের জুড়ে 2.1% হিসাবে কম বেধের প্রকরণ এবং ডোপিং পারফরম্যান্সের প্রকরণগুলি নমুনা পৃষ্ঠ জুড়ে 3.3% হিসাবে কম। এপিট্যাক্সির পরে টিইউএ যথাক্রমে 150 মিমি এবং 200 মিমি নমুনার জন্য যথাক্রমে 97% এবং 92% হিসাবে গণনা করা হয়েছিল এবং 200 মিমি জন্য টিইউএ ভবিষ্যতে উচ্চতর সাবস্ট্রেটের মানের সাথে উন্নত হওয়ার পূর্বাভাস দেওয়া হয়েছে। এখানে রিপোর্ট করা 200 মিমি স্তরগুলির ফলাফলগুলি কয়েকটি পরীক্ষার উপর ভিত্তি করে বিবেচনা করে, আমরা বিশ্বাস করি যে ফলাফলগুলি আরও উন্নত করা সম্ভব হবে, যা ইতিমধ্যে 150 মিমি নমুনায় অত্যাধুনিক ফলাফলের কাছাকাছি রয়েছে, দ্বারা বৃদ্ধির পরামিতিগুলি সূক্ষ্ম সুর করা।