اٹلی کی ایل پی ای کی 200 ملی میٹر ایس آئی سی ایپیٹاکسیل ٹکنالوجی کی پیشرفت

تعارف

SiC اپنی اعلیٰ الیکٹرانک خصوصیات جیسے کہ اعلی درجہ حرارت کا استحکام، وسیع بینڈ گیپ، ہائی بریک ڈاؤن الیکٹرک فیلڈ کی طاقت، اور اعلی تھرمل چالکتا کی وجہ سے بہت سی ایپلی کیشنز میں Si سے برتر ہے۔ آج، الیکٹرک گاڑیوں کے کرشن سسٹم کی دستیابی کو زیادہ سوئچنگ کی رفتار، زیادہ آپریٹنگ درجہ حرارت، اور SiC میٹل آکسائیڈ سیمی کنڈکٹر فیلڈ ایفیکٹ ٹرانزسٹرز (MOSFETs) کی کم تھرمل مزاحمت کی وجہ سے نمایاں طور پر بہتر بنایا جا رہا ہے۔ پچھلے کچھ سالوں میں SiC پر مبنی پاور ڈیوائسز کی مارکیٹ بہت تیزی سے بڑھی ہے۔ لہذا، اعلیٰ معیار، عیب سے پاک، اور یکساں SiC مواد کی مانگ میں اضافہ ہوا ہے۔

پچھلی چند دہائیوں کے دوران، 4H-SiC سبسٹریٹ سپلائرز ویفر کے قطر کو 2 انچ سے 150 ملی میٹر تک بڑھانے میں کامیاب رہے ہیں (اسی کرسٹل کوالٹی کو برقرار رکھتے ہوئے)۔ آج، SiC ڈیوائسز کے لیے مین اسٹریم ویفر کا سائز 150 mm ہے، اور فی یونٹ ڈیوائس کی پیداواری لاگت کو کم کرنے کے لیے، کچھ ڈیوائس مینوفیکچررز 200 mm fabs کے قیام کے ابتدائی مراحل میں ہیں۔ اس مقصد کو حاصل کرنے کے لیے، تجارتی طور پر دستیاب 200 ملی میٹر SiC ویفرز کی ضرورت کے علاوہ، یکساں SiC epitaxy انجام دینے کی صلاحیت بھی انتہائی مطلوب ہے۔ لہذا، اچھے معیار کے 200 ملی میٹر SiC سبسٹریٹس حاصل کرنے کے بعد، اگلا چیلنج ان سبسٹریٹس پر اعلیٰ معیار کی ایپیٹیکسیل نمو کرنا ہوگا۔ LPE نے ایک افقی سنگل کرسٹل ہاٹ وال مکمل طور پر خودکار CVD ری ایکٹر (جس کا نام PE1O8 ہے) ڈیزائن اور بنایا ہے جو ایک ملٹی زون امپلانٹیشن سسٹم سے لیس ہے جو 200mm SiC سبسٹریٹس تک پروسیسنگ کرنے کی صلاحیت رکھتا ہے۔ یہاں، ہم 150mm 4H-SiC epitaxy پر اس کی کارکردگی کے ساتھ ساتھ 200mm epiwafers پر ابتدائی نتائج کی اطلاع دیتے ہیں۔

نتائج اور بحث

PE1O8 ایک مکمل طور پر خودکار کیسٹ سے کیسٹیٹ سسٹم ہے جو 200 ملی میٹر تک ایس آئی سی ویفرس پر کارروائی کے لئے ڈیزائن کیا گیا ہے۔ فارمیٹ کو 150 اور 200 ملی میٹر کے درمیان تبدیل کیا جاسکتا ہے ، جو ٹول ڈاون ٹائم کو کم سے کم کرتا ہے۔ حرارتی مراحل میں کمی سے پیداواری صلاحیت میں اضافہ ہوتا ہے ، جبکہ آٹومیشن مزدوری کو کم کرتا ہے اور معیار اور تکرار کی صلاحیت کو بہتر بناتا ہے۔ ایک موثر اور لاگت سے مسابقتی ایپیٹیکسی عمل کو یقینی بنانے کے لئے ، تین اہم عوامل کی اطلاع دی گئی ہے: 1) فاسٹ عمل ، 2) موٹائی اور ڈوپنگ کی اعلی یکسانیت ، 3) ایپیٹیکسی کے عمل کے دوران کم سے کم عیب کی تشکیل۔ PE1O8 میں ، چھوٹا گریفائٹ ماس اور خودکار لوڈنگ/ان لوڈنگ سسٹم 75 منٹ سے بھی کم وقت میں ایک معیاری رن مکمل کرنے کی اجازت دیتا ہے (ایک معیاری 10μm Schottky ڈایڈڈ ہدایت 30μm/h کی شرح نمو کا استعمال کرتی ہے)۔ خودکار نظام اعلی درجہ حرارت پر لوڈنگ/ان لوڈنگ کی اجازت دیتا ہے۔ اس کے نتیجے میں ، ہیٹنگ اور کولنگ کے دونوں اوقات مختصر ہیں ، جبکہ بیکنگ مرحلے کو پہلے ہی دبانے کے دوران۔ اس طرح کے مثالی حالات واقعتا und غیر مقبول مواد کی نشوونما کی اجازت دیتے ہیں۔

آلات کی کمپیکٹ پن اور اس کے تین چینل انجیکشن سسٹم کے نتیجے میں ایک ورسٹائل سسٹم ہوتا ہے جس میں ڈوپنگ اور موٹائی کی یکسانیت دونوں میں اعلی کارکردگی ہوتی ہے۔ یہ کمپیوٹیشنل فلوڈ ڈائنامکس (سی ایف ڈی) کے نقوش کا استعمال کرتے ہوئے انجام دیا گیا تاکہ 150 ملی میٹر اور 200 ملی میٹر سبسٹریٹ فارمیٹس کے لئے موازنہ گیس کے بہاؤ اور درجہ حرارت کی یکسانیت کو یقینی بنایا جاسکے۔ جیسا کہ شکل 1 میں دکھایا گیا ہے ، یہ نیا انجکشن سسٹم جمع چیمبر کے وسطی اور پس منظر کے حصوں میں یکساں طور پر گیس فراہم کرتا ہے۔ گیس اختلاط کا نظام مقامی طور پر تقسیم شدہ گیس کیمسٹری کی مختلف حالت کو قابل بناتا ہے ، جس سے ایپیٹاکسیل نمو کو بہتر بنانے کے لئے ایڈجسٹ پروسیس پیرامیٹرز کی تعداد میں مزید اضافہ ہوتا ہے۔

چترا 1 سبسٹریٹ سے 10 ملی میٹر اوپر واقع ہوائی جہاز میں PE1O8 پروسیس چیمبر میں نقلی گیس کی رفتار کی شدت (اوپر) اور گیس کا درجہ حرارت (نیچے)۔

دیگر خصوصیات میں گیس کی گردش کا ایک بہتر نظام شامل ہے جو کارکردگی کو ہموار کرنے اور گردش کی رفتار کو براہ راست پیمائش کرنے کے لئے فیڈ بیک کنٹرول الگورتھم کا استعمال کرتا ہے ، اور درجہ حرارت پر قابو پانے کے لئے پی آئی ڈی کی ایک نئی نسل۔ ایپیٹیکسی عمل پیرامیٹرز۔ ایک پروٹو ٹائپ چیمبر میں ایک این قسم 4H-SIC Epitaxial نمو کا عمل تیار کیا گیا تھا۔ سلیکن اور کاربن ایٹموں کے پیش رو کے طور پر ٹرائکلوروسیلین اور ایتھیلین استعمال کیے گئے تھے۔ H2 کو کیریئر گیس کے طور پر استعمال کیا جاتا تھا اور نائٹروجن کو N-type ڈوپنگ کے لئے استعمال کیا جاتا تھا۔ ایس آئی کا سامنا کرنے والا تجارتی 150 ملی میٹر ایس آئی سی سبسٹریٹس اور ریسرچ گریڈ 200 ملی میٹر ایس آئی سی سبسٹریٹس 6.5μm موٹی 1 × 1016CM-3 N-doped 4H-SIC Epilayers اگنے کے لئے استعمال کیا گیا تھا۔ بلند درجہ حرارت پر H2 بہاؤ کا استعمال کرتے ہوئے سبسٹریٹ سطح کو سیٹو میں کھڑا کیا گیا تھا۔ اس اینچنگ مرحلے کے بعد ، ایک نچلی سطح کی پرت تیار کرنے کے لئے کم شرح نمو اور کم C/SI تناسب کا استعمال کرتے ہوئے ایک N قسم کے بفر پرت میں اضافہ ہوا تھا۔ اس بفر پرت کے اوپری حصے میں ، اعلی شرح نمو (30μm/h) کے ساتھ ایک فعال پرت اعلی C/SI تناسب کا استعمال کرتے ہوئے جمع کی گئی تھی۔ اس کے بعد ترقی یافتہ عمل کو ST کی سویڈش سہولت میں نصب PE1O8 ری ایکٹر میں منتقل کردیا گیا۔ اسی طرح کے عمل کے پیرامیٹرز اور گیس کی تقسیم 150 ملی میٹر اور 200 ملی میٹر کے نمونوں کے لئے استعمال کی گئی تھی۔ دستیاب 200 ملی میٹر کے سبسٹریٹس کی محدود تعداد کی وجہ سے ترقی کے پیرامیٹرز کی عمدہ ٹیوننگ کو مستقبل کے مطالعے میں ملتوی کردیا گیا۔

نمونے کی واضح موٹائی اور ڈوپنگ کارکردگی کا اندازہ بالترتیب ایف ٹی آئی آر اور سی وی مرکری تحقیقات نے کیا۔ سطح کی شکل میں نمرسکی تفریق مداخلت کے برعکس (این ڈی آئی سی) مائکروسکوپی کے ذریعہ تفتیش کی گئی تھی ، اور ایپلیئرز کی عیب کثافت کینڈیلا نے ماپا تھا۔ ابتدائی نتائج۔ پروٹوٹائپ چیمبر میں کارروائی کیے جانے والے 150 ملی میٹر اور 200 ملی میٹر کی موٹائی کی یکسانیت کے ابتدائی نتائج کو شکل 2 میں دکھایا گیا ہے۔ ایپلائرز 150 ملی میٹر اور 200 ملی میٹر سبسٹریٹس کی سطح کے ساتھ یکساں طور پر بڑھتے ہیں ، جس میں موٹائی کی مختلف حالتیں (σ/مطلب/مطلب ہے ) بالترتیب 0.4 ٪ اور 1.4 ٪ تک کم ، اور ڈوپنگ تغیرات (σ-MEAN) 1.1 ٪ اور 5.6 ٪ سے کم ہیں۔ اندرونی ڈوپنگ اقدار تقریبا 1 × 1014 سینٹی میٹر -3 تھیں۔

شکل 2 200 ملی میٹر اور 150 ملی میٹر ایپی وافرز کی موٹائی اور ڈوپنگ پروفائلز۔

رن ٹو رن مختلف حالتوں کا موازنہ کرکے عمل کی تکرار کی جانچ کی گئی، جس کے نتیجے میں موٹائی کی مختلف حالتیں 0.7٪ تک اور ڈوپنگ کی مختلف حالتیں 3.1٪ تک کم ہیں۔ جیسا کہ شکل 3 میں دکھایا گیا ہے، نئے 200mm کے عمل کے نتائج کا موازنہ ان جدید ترین نتائج سے کیا جا سکتا ہے جو پہلے PE1O6 ری ایکٹر کے ذریعے 150mm پر حاصل کیے گئے تھے۔

شکل 3 پرت بہ پرت موٹائی اور 200 ملی میٹر کے نمونے کی ڈوپنگ یکسانیت جس پر پروٹو ٹائپ چیمبر (اوپر) اور جدید ترین 150 ملی میٹر نمونہ PE1O6 (نیچے) کے ذریعے تیار کیا گیا ہے۔

نمونوں کی سطحی شکل کے بارے میں، NDIC مائکروسکوپی نے مائکروسکوپ کی قابل شناخت حد سے نیچے کھردری کے ساتھ ایک ہموار سطح کی تصدیق کی۔ PE1O8 کے نتائج۔ اس کے بعد اس عمل کو PE1O8 ری ایکٹر میں منتقل کر دیا گیا۔ 200 ملی میٹر ایپی وافرز کی موٹائی اور ڈوپنگ یکسانیت کو شکل 4 میں دکھایا گیا ہے۔ ایپلیئرز سبسٹریٹ کی سطح کے ساتھ یکساں طور پر بڑھتے ہیں جس میں موٹائی اور ڈوپنگ تغیرات (σ/mean) بالترتیب 2.1% اور 3.3% تک کم ہوتے ہیں۔

شکل 4 PE1O8 ری ایکٹر میں 200mm epiwafer کی موٹائی اور ڈوپنگ پروفائل۔

Epitaxially اگنے والے ویفروں کی عیب کثافت کی تحقیقات کے لئے ، کینڈیلا استعمال کیا گیا تھا۔ جیسا کہ اعداد و شمار میں دکھایا گیا ہے۔ بالترتیب 150 ملی میٹر اور 200 ملی میٹر کے نمونوں پر بالترتیب 1.43 سینٹی میٹر -2 اور 3.06 سینٹی میٹر -2 سے کم 5 کی کل عیب کثافت حاصل کی گئی۔ ایپیٹیکسی کے بعد کل دستیاب علاقہ (ٹی یو اے) لہذا بالترتیب 150 ملی میٹر اور 200 ملی میٹر کے نمونے کے لئے 97 ٪ اور 92 ٪ کا حساب لگایا گیا تھا۔ یہ بات قابل ذکر ہے کہ یہ نتائج صرف چند رنز کے بعد ہی حاصل کیے گئے تھے اور عمل کے پیرامیٹرز کو ٹھیک ٹون کرکے مزید بہتر بنایا جاسکتا ہے۔

چترا 5 6μm موٹی 200 ملی میٹر (بائیں) اور 150 ملی میٹر (دائیں) ایپیوافرز کے PE1O8 کے ساتھ اگائے جانے والے کینڈیلا عیب نقشے۔

نتیجہ

اس مقالے میں نئے ڈیزائن کردہ PE1O8 ہاٹ وال سی وی ڈی ری ایکٹر اور 200 ملی میٹر کے سبسٹریٹس پر یکساں 4H-SIC ایپیٹیکسی انجام دینے کی صلاحیت پیش کی گئی ہے۔ 200 ملی میٹر کے ابتدائی نتائج بہت امید افزا ہیں ، نمونے کی سطح میں موٹائی کی مختلف حالتوں میں 2.1 فیصد سے کم اور نمونے کی سطح میں ڈوپنگ کارکردگی کی مختلف حالتوں میں 3.3 فیصد تک کم ہے۔ TUA کے بعد Epitaxy کے بعد بالترتیب 150 ملی میٹر اور 200 ملی میٹر کے نمونوں کے لئے 97 ٪ اور 92 ٪ کا حساب لگایا گیا تھا ، اور 200 ملی میٹر کے لئے TUA مستقبل میں اعلی ذیلی معیار کے ساتھ بہتر ہونے کی پیش گوئی کی جاتی ہے۔ اس بات پر غور کرتے ہوئے کہ یہاں اطلاع دی گئی 200 ملی میٹر کے سبسٹریٹس کے نتائج ٹیسٹوں کے چند سیٹوں پر مبنی ہیں ، ہم سمجھتے ہیں کہ نتائج کو مزید بہتر بنانا ممکن ہوگا ، جو پہلے ہی 150 ملی میٹر کے نمونوں پر جدید ترین نتائج کے قریب ہیں ، بذریعہ نمو کے پیرامیٹرز کو ٹھیک کرنا۔