အီတလီနိုင်ငံမှ LPE ၏ 200mm SiC epitaxial နည်းပညာတိုးတက်မှု

နိဒါန်း

SiC သည် မြင့်မားသော အပူချိန်တည်ငြိမ်မှု၊ ကျယ်ပြန့်သော ကြိုးဝိုင်းကွာဟမှု၊ ပြိုကွဲမှုမြင့်မားသော လျှပ်စစ်စက်ကွင်းကြံ့ခိုင်မှုနှင့် မြင့်မားသောအပူစီးကူးမှုကဲ့သို့သော သာလွန်ကောင်းမွန်သော အီလက်ထရွန်းနစ်ဂုဏ်သတ္တိများကြောင့် များစွာသော အပလီကေးရှင်းများတွင် Si ထက် သာလွန်ပါသည်။ ယနေ့တွင်၊ ပိုမိုမြင့်မားသော switching အမြန်နှုန်းများ၊ လည်ပတ်မှုမြင့်မားသောအပူချိန်နှင့် SiC metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFETs) တို့၏ အပူဒဏ်ခံနိုင်ရည်နည်းပါးခြင်းကြောင့် လျှပ်စစ်ကားဆွဲအားစနစ်များရရှိနိုင်မှုမှာ သိသိသာသာတိုးတက်လျက်ရှိသည်။ SiC အခြေပြု ပါဝါစက်ပစ္စည်းများအတွက် စျေးကွက်သည် လွန်ခဲ့သည့်နှစ်အနည်းငယ်အတွင်း အလွန်လျင်မြန်စွာ ကြီးထွားလာခဲ့သည်။ ထို့ကြောင့်၊ အရည်အသွေးမြင့်၊ အပြစ်အနာအဆာကင်းစင်ပြီး တစ်ပြေးညီ SiC ပစ္စည်းများဝယ်လိုအား တိုးလာပါသည်။

လွန်ခဲ့သည့်ဆယ်စုနှစ်အနည်းငယ်အတွင်း 4H-SiC အလွှာရောင်းချသူများသည် wafer အချင်းများကို 2 လက်မမှ 150 mm အထိ (တူညီသောပုံဆောင်ခဲအရည်အသွေးကို ထိန်းသိမ်းထားနိုင်သည်)။ ယနေ့တွင် SiC စက်များအတွက် ပင်မ wafer အရွယ်အစားသည် 150 မီလီမီတာဖြစ်ပြီး စက်ပစ္စည်းတစ်ခုလျှင် ထုတ်လုပ်မှုကုန်ကျစရိတ်ကို လျှော့ချရန်အတွက် အချို့သောစက်ပစ္စည်းထုတ်လုပ်သူများသည် 200 mm fabs ကို ထူထောင်ရန် အစောပိုင်းအဆင့်တွင် ရှိနေပါသည်။ ဤပန်းတိုင်ကိုအောင်မြင်ရန်၊ စီးပွားဖြစ်ရရှိနိုင်သော 200 မီလီမီတာ SiC wafers များအပြင် တစ်ပြေးညီ SiC epitaxy လုပ်ဆောင်နိုင်စွမ်းကိုလည်း အလွန်လိုလားပါသည်။ ထို့ကြောင့်၊ အရည်အသွေးကောင်း 200 mm SiC အလွှာများကို ရရှိပြီးနောက်၊ ဤအလွှာများတွင် အရည်အသွေးမြင့် epitaxial ကြီးထွားမှုကို လုပ်ဆောင်ရန် နောက်ထပ်စိန်ခေါ်မှုမှာ စိန်ခေါ်မှုဖြစ်သည်။ LPE သည် 200 မီလီမီတာ SiC အလွှာများအထိ စီမံဆောင်ရွက်နိုင်သော ဧရိယာပေါင်းစုံ စိုက်ခင်းစနစ်ဖြင့် တပ်ဆင်ထားသော အပြည့်အ၀ အလိုအလျောက် CVD ဓာတ်ပေါင်းဖို (PE1O8 အမည်) အလျားလိုက် တစ်ခုတည်းသော ပုံဆောင်ခဲပူ-နံရံတစ်ခုကို ဒီဇိုင်းဆွဲတည်ဆောက်ထားပါသည်။ ဤတွင်၊ ကျွန်ုပ်တို့သည် 150mm 4H-SiC epitaxy နှင့် 200mm epiwafers များအတွက် ပဏာမရလဒ်များကို အစီရင်ခံပါသည်။

ရလဒ်နှင့်ဆွေးနွေးခြင်း

PE1O8 သည် 200mm SiC wafers အထိ လုပ်ဆောင်ရန် ဒီဇိုင်းထုတ်ထားသော အပြည့်အဝ အလိုအလျောက် ကက်ဆက်မှ ကက်ဆက်စနစ် ဖြစ်သည်။ ဖော်မတ်သည် 150 နှင့် 200mm အကြား ပြောင်းနိုင်ပြီး ကိရိယာစက်ရပ်ချိန်ကို လျှော့ချနိုင်သည်။ အပူပေးသည့်အဆင့်များကို လျှော့ချခြင်းသည် ကုန်ထုတ်စွမ်းအားကို တိုးမြင့်စေပြီး အလိုအလျောက်စနစ်ဖြင့် လုပ်အားကို လျှော့ချကာ အရည်အသွေးနှင့် ထပ်တလဲလဲလုပ်ဆောင်နိုင်မှုကို တိုးတက်စေသည်။ ထိရောက်ပြီး ကုန်ကျစရိတ်-အပြိုင်အဆိုင်ရှိသော epitaxy လုပ်ငန်းစဉ်ကိုသေချာစေရန်အတွက် အဓိကအချက်သုံးချက်ကို အစီရင်ခံပါသည်- 1) မြန်ဆန်သောလုပ်ငန်းစဉ်၊ 2) အထူနှင့် doping မြင့်မားသောညီညွှတ်မှု၊ 3) epitaxy လုပ်ငန်းစဉ်အတွင်း ချို့ယွင်းချက်ဖွဲ့စည်းမှုအနည်းဆုံးဖြစ်ခြင်း။ PE1O8 တွင်၊ သေးငယ်သော ဂရပ်ဖိုက်ထုထည်နှင့် အလိုအလျောက်တင်/ချခြင်းစနစ်သည် စံပြေးနှုန်းကို 75 မိနစ်ထက်နည်းသောအချိန်အတွင်း အပြီးသတ်နိုင်စေသည် (စံ 10μm Schottky diode ချက်နည်းတစ်ခုသည် ကြီးထွားနှုန်း 30μm/h ကိုအသုံးပြုသည်)။ အလိုအလျောက်စနစ်သည် မြင့်မားသောအပူချိန်တွင် တင်/ချခြင်းကို ခွင့်ပြုသည်။ ရလဒ်အနေဖြင့်၊ မုန့်ဖုတ်အဆင့်ကို နှိမ်ထားပြီးဖြစ်သော်လည်း အပူနှင့် အအေးခံချိန် တိုတောင်းပါသည်။ ထိုသို့သော စံပြအခြေအနေများသည် အမှန်တကယ် မလုပ်ဆောင်ရသေးသော ပစ္စည်းများ၏ ကြီးထွားမှုကို ခွင့်ပြုသည်။

စက်ပစ္စည်းများ၏ ကျစ်လျစ်မှုနှင့် ၎င်း၏သုံးလိုင်းဆေးထိုးစနစ်သည် မူးယစ်ဆေးဝါးနှင့် အထူတူညီမှု နှစ်မျိုးလုံးတွင် မြင့်မားသောစွမ်းဆောင်ရည်ဖြင့် စွယ်စုံသုံးစနစ်ကို ဖြစ်ပေါ်စေသည်။ ၎င်းကို 150 မီလီမီတာနှင့် 200 မီလီမီတာ အလွှာဖော်မတ်များအတွက် နှိုင်းယှဉ်နိုင်သောဓာတ်ငွေ့စီးဆင်းမှုနှင့် အပူချိန်တူညီမှုရှိစေရန် တွက်ချက်မှုဆိုင်ရာအရည်ဒိုင်းနမစ်များ (CFD) သရုပ်ဖော်မှုများကို အသုံးပြုထားသည်။ ပုံ 1 တွင်ပြထားသည့်အတိုင်း၊ ဤဆေးထိုးစနစ်အသစ်သည် deposition chamber ၏ဗဟိုနှင့်နောက်ဘက်အပိုင်းများတွင်တူညီသောဓာတ်ငွေ့ကိုပေးဆောင်သည်။ ဓာတ်ငွေ့ရောစပ်စနစ်သည် ဒေသအလိုက် ဖြန့်ဝေထားသော ဓာတ်ငွေ့ဓာတုဗေဒ ကွဲပြားမှုကို ပံ့ပိုးပေးကာ epitaxial ကြီးထွားမှုကို အကောင်းဆုံးဖြစ်အောင် ချိန်ညှိနိုင်သော လုပ်ငန်းစဉ် ကန့်သတ်ချက်အရေအတွက်ကို ပိုမိုချဲ့ထွင်စေသည်။

ပုံ 1 ဓာတ်ငွေ့အလျင် ပြင်းအား (ထိပ်) နှင့် PE1O8 လုပ်ငန်းစဉ်အခန်းရှိ ဓာတ်ငွေ့အပူချိန် (အောက်ခြေ) သည် မြေမျက်နှာပြင်အထက် 10 မီလီမီတာ အကွာတွင်ရှိသော လေယာဉ်ရှိ PE1O8 လုပ်ငန်းစဉ်အခန်း။

အခြားအင်္ဂါရပ်များတွင် စွမ်းဆောင်ရည်ချောမွေ့စေရန်နှင့် လည်ပတ်မှုအမြန်နှုန်းကို တိုက်ရိုက်တိုင်းတာရန် တုံ့ပြန်ချက်ထိန်းချုပ်သည့် အယ်လဂိုရီသမ်ကို အသုံးပြုသည့် ပိုမိုကောင်းမွန်သော ဓာတ်ငွေ့လည်ပတ်စနစ်နှင့် အပူချိန်ထိန်းချုပ်မှုအတွက် PID မျိုးဆက်သစ်တို့ ပါဝင်ပါသည်။ Epitaxy လုပ်ငန်းစဉ်ဘောင်များ။ n-type 4H-SiC epitaxial ကြီးထွားမှုဖြစ်စဉ်ကို နမူနာအခန်းတွင် တီထွင်ခဲ့သည်။ Trichlorosilane နှင့် Ethylene ကို ဆီလီကွန်နှင့် ကာဗွန်အက်တမ်များအတွက် ရှေ့ပြေးအဖြစ် အသုံးပြုခဲ့သည်။ H2 ကို carrier gas အဖြစ်အသုံးပြုပြီး နိုက်ထရိုဂျင်ကို n-type doping အတွက်အသုံးပြုခဲ့သည်။ Si-faced လုပ်ငန်းသုံး 150mm SiC အလွှာများနှင့် သုတေသနအဆင့် 200mm SiC အလွှာများကို 6.5μm အထူ 1×1016cm-3 n-doped 4H-SiC epilayers များကို ကြီးထွားရန်အတွက် အသုံးပြုခဲ့သည်။ မြင့်မားသောအပူချိန်တွင် H2 စီးဆင်းမှုကို အသုံးပြု၍ အလွှာမျက်နှာပြင်ကို ထွင်းထုထားသည်။ ဤထွင်းထုခြင်းအဆင့်ပြီးနောက်၊ ချောမွေ့သောအလွှာကိုပြင်ဆင်ရန် အနိမ့်ဆုံးကြီးထွားနှုန်းနှင့် C/Si အချိုးအစားကို အသုံးပြု၍ N-type ကြားခံအလွှာကို ကြီးထွားစေသည်။ ဤကြားခံအလွှာ၏အပေါ်တွင်၊ မြင့်မားသောတိုးတက်မှုနှုန်း (30μm/h) ရှိသော တက်ကြွသောအလွှာကို C/Si အချိုးအစားဖြင့် စုဆောင်းထားသည်။ ထို့နောက် တီထွင်ထားသော လုပ်ငန်းစဉ်ကို ST ၏ဆွီဒင်စက်ရုံတွင် တပ်ဆင်ထားသည့် PE1O8 ဓာတ်ပေါင်းဖိုသို့ လွှဲပြောင်းခဲ့သည်။ 150mm နှင့် 200mm နမူနာများအတွက် အလားတူ လုပ်ငန်းစဉ်ဘောင်များနှင့် ဓာတ်ငွေ့ဖြန့်ဖြူးခြင်းကို အသုံးပြုခဲ့သည်။ ရရှိနိုင်သော 200 မီလီမီတာ အလွှာများ၏ အကန့်အသတ်ဖြင့် ကြီးထွားမှုဆိုင်ရာ ကန့်သတ်ချက်များကို ကောင်းစွာချိန်ညှိခြင်းကို ရွှေ့ဆိုင်းထားသည်။

နမူနာများ၏ သိသာထင်ရှားသော အထူနှင့် တားမြစ်ဆေး၏ စွမ်းဆောင်ရည်ကို FTIR နှင့် CV ပြဒါးစစ်ဆေးခြင်းတို့ဖြင့် အသီးသီး အကဲဖြတ်ခဲ့ပါသည်။ မျက်နှာပြင်ပုံသဏ္ဍာန်ကို Nomarski differential interference contrast (NDIC) microscopy ဖြင့် စုံစမ်းစစ်ဆေးခဲ့ပြီး epilayers များ၏ ချို့ယွင်းချက်သိပ်သည်းမှုကို Candela မှ တိုင်းတာခဲ့ပါသည်။ ပဏာမရလဒ်များ။ ရှေ့ပြေးပုံစံအခန်းတွင် လုပ်ဆောင်ခဲ့သော 150 မီလီမီတာ နှင့် 200 မီလီမီတာ အထူတူညီမှု၏ ကနဦးရလဒ်များကို ပုံ 2 တွင်ပြသထားသည်။ အလွှာများသည် 150 မီလီမီတာနှင့် 200 မီလီမီတာ မျက်နှာပြင်တစ်လျှောက် အထူကွဲများ ( σ/ ဆိုလိုရင်း၊ ) 0.4% နှင့် 1.4% အသီးသီး၊ နှင့် doping variations (σ-mean) 1.1% နှင့် 5.6% အထိနိမ့်သည်။ ပင်ကိုယ်ဆေးထိုးတန်ဖိုးများသည် ခန့်မှန်းခြေအားဖြင့် 1×1014 cm-3 ဖြစ်သည်။

ပုံ 2 200 mm နှင့် 150 mm epiwafers အထူနှင့် doping ပရိုဖိုင်များ။

လုပ်ငန်းစဉ်၏ ထပ်တလဲလဲဖြစ်နိုင်ခြေကို ပြေးမှပြေးသောကွဲလွဲချက်များကို နှိုင်းယှဉ်ခြင်းဖြင့် စုံစမ်းစစ်ဆေးခဲ့ပြီး အထူကွဲလွဲမှုများကို 0.7% နှင့် 3.1% အထိနိမ့်သော အမျိုးအစားကွဲများကို ဖြစ်ပေါ်စေသည်။ ပုံ 3 တွင်ပြထားသည့်အတိုင်း၊ 200mm လုပ်ငန်းစဉ်အသစ်ရလဒ်များသည် PE1O6 ဓာတ်ပေါင်းဖိုမှ ယခင်က 150mm တွင်ရရှိသော ခေတ်မီသောရလဒ်များနှင့် နှိုင်းယှဉ်နိုင်သည်။

ပုံ 3 အလွှာအလိုက် အထူနှင့် 200 မီလီမီတာ နမူနာအခန်း (အပေါ်ပိုင်း) နှင့် PE1O6 (အောက်ခြေ) မှ ဖန်တီးပြုလုပ်ထားသော ခေတ်မီနမူနာ 200 မီလီမီတာ နမူနာပုံစံ၏ အလွှာအလိုက် အထူနှင့် မူးယစ်ဆေးဝါး တူညီမှု။

နမူနာများ၏ မျက်နှာပြင်ပုံသဏ္ဍာန်နှင့် ပတ်သက်၍ NDIC အဏုစကုပ်သည် အဏုကြည့်နိုင်သော အကွာအဝေးအောက် ချောမွေ့သော မျက်နှာပြင်ကို အတည်ပြုခဲ့သည်။ PE1O8 ရလဒ်များ။ ထို့နောက် လုပ်ငန်းစဉ်ကို PE1O8 ဓာတ်ပေါင်းဖိုသို့ လွှဲပြောင်းခဲ့သည်။ 200mm epiwafers များ၏ အထူနှင့် မူးယစ်ဆေးဝါး တူညီမှုကို ပုံ 4 တွင် ပြထားသည်။ အရေပြားအောက်လွှာ မျက်နှာပြင်တစ်လျှောက် အထူနှင့် မူးယစ်ဆေးဝါး အမျိုးအစားများ (σ/mean) 2.1% နှင့် 3.3% အသီးသီး ကြီးထွားလာပါသည်။

ပုံ 4 PE1O8 ဓာတ်ပေါင်းဖိုရှိ 200mm epiwafer ၏ အထူနှင့် မူးယစ်ဆေးဝါးပရိုဖိုင်။

epitaxially စိုက်ပျိုးထားသော wafers များ၏ ချို့ယွင်းချက်သိပ်သည်းဆကို စစ်ဆေးရန်အတွက် Candela ကို အသုံးပြုခဲ့သည်။ ပုံတွင်ပြထားသည့်အတိုင်း။ 150mm နှင့် 200mm နမူနာများတွင် 150mm နှင့် 200mm နမူနာများတွင် အနိမ့်ဆုံး 1.43 cm-2 နှင့် 3.06 cm-2 မှ 5 အထိ စုစုပေါင်းချို့ယွင်းချက်သိပ်သည်းဆကို ရရှိခဲ့ပါသည်။ ထို့ကြောင့် epitaxy ပြီးနောက် စုစုပေါင်းရရှိနိုင်သောဧရိယာ (TUA) ကို 150mm နှင့် 200mm နမူနာများအတွက် 97% နှင့် 92% အဖြစ် အသီးသီးတွက်ချက်ထားပါသည်။ အပြေးအနည်းငယ်ပြီးမှသာ ဤရလဒ်များကို အောင်မြင်ပြီး လုပ်ငန်းစဉ်ဘောင်များကို ချိန်ညှိခြင်းဖြင့် ပိုမိုတိုးတက်ကောင်းမွန်လာနိုင်ကြောင်း မှတ်သားထိုက်ပါသည်။

ပုံ 5 PE1O8 ဖြင့် စိုက်ပျိုးထားသော 6µm အထူ 200mm (ဘယ်) နှင့် 150mm (ညာဘက်) ရှိသော Candela ချို့ယွင်းချက်မြေပုံများ။

နိဂုံး

ဤစာတမ်းသည် အသစ်ဒီဇိုင်းထုတ်ထားသော PE1O8 နံရံပူ CVD ဓာတ်ပေါင်းဖိုနှင့် 200mm အလွှာများတွင် တူညီသော 4H-SiC epitaxy လုပ်ဆောင်နိုင်စွမ်းကို တင်ပြထားပါသည်။ 200mm ရှိ ပဏာမရလဒ်များသည် နမူနာမျက်နှာပြင်တစ်လျှောက် အထူကွဲလွဲမှုများ 2.1% နည်းပါးပြီး နမူနာမျက်နှာပြင်တစ်လျှောက် 3.3% နိမ့်သော မူးယစ်ဆေးဝါးသုံးစွဲမှု ကွဲပြားမှုများနှင့်အတူ အလွန်အလားအလာကောင်းပါသည်။ epitaxy ကို တွက်ချက်ပြီးနောက် TUA သည် 150mm နှင့် 200mm နမူနာများအတွက် 97% နှင့် 92% အသီးသီးဖြစ်ပြီး 200mm အတွက် TUA သည် ပိုမိုမြင့်မားသော အလွှာအရည်အသွေးဖြင့် အနာဂတ်တွင် တိုးတက်မည်ဟု ခန့်မှန်းရပါသည်။ ဤနေရာတွင် တင်ပြထားသော 200mm အလွှာရှိ ရလဒ်များသည် စမ်းသပ်မှု အစုံအလင်ပေါ်တွင် အခြေခံထားသည် ဟု ယူဆပါက 150mm နမူနာများတွင် ခေတ်မီပြီးသား ရလဒ်များနှင့် နီးစပ်နေပြီဖြစ်သည့် ရလဒ်များကို ပိုမိုတိုးတက်ကောင်းမွန်အောင် လုပ်ဆောင်နိုင်မည်ဟု ယုံကြည်ပါသည်။ ကြီးထွားမှုဘောင်များကို ကောင်းစွာချိန်ညှိခြင်း။