តើ Silicon Carbide (SiC) Epitaxy ជាអ្វី?

សង្ខេប:

ក្នុងនាមជាសម្ភារៈស្នូលនៃ semiconductors ថាមពលជំនាន់ក្រោយ។ ស៊ីលីកុនកាបូអ៊ីដ (SiC) កំពុងជំរុញការកែលម្អយ៉ាងសំខាន់ក្នុងប្រសិទ្ធភាពថាមពល និងដំណើរការប្រព័ន្ធ។ នៅក្នុងសង្វាក់ផលិតកម្មឧបករណ៍ SiC, silicon carbide epitaxy គឺជាជំហានសម្រេចចិត្តក្នុងការដាក់គ្រឹះសម្រាប់ដំណើរការឧបករណ៍។ អត្ថបទនេះនឹងស្វែងយល់ស៊ីជម្រៅអំពីនិយមន័យនៃ SiC epitaxy ឧបករណ៍សំខាន់ៗសម្រាប់ដំណើរការ epitaxy កម្មវិធីជាក់លាក់របស់វានៅក្នុងដំណើរការ semiconductor និងបញ្ហានិងបញ្ហាប្រឈមដែលវាប្រឈម។

និយមន័យនៃ SiC Epitaxy

Silicon carbide epitaxy គឺជាបច្ចេកទេសលូតលាស់របស់គ្រីស្តាល់ដែលពាក់ព័ន្ធនឹងការរីកលូតលាស់នៃស្រទាប់មួយ ឬច្រើននៃខ្សែភាពយន្តស៊ីលីកុនកាបូនឌីអុកស៊ីតគ្រីស្តាល់តែមួយ (ឧ. ស្រទាប់អេពីដេយ) ជាមួយនឹងការតំរង់ទិសគ្រីស្តាល់ជាក់លាក់ (ជាធម្មតាដូចគ្នានឹងស្រទាប់ខាងក្រោម) លើស្រទាប់ខាងក្រោមស៊ីលីកុនកាបូនស៊ីលីកុនគ្រីស្តាល់តែមួយ (SiC Substrate) ដែលត្រូវបានកាត់ និងប៉ូលាដោយសារធាតុគីមី។ល។ គឺជាខ្សែភាពយន្តស្តើងដែលមានគុណភាពខ្ពស់ជាមួយនឹងកំហាប់សារធាតុ doping ដែលគ្រប់គ្រងយ៉ាងជាក់លាក់ និងកម្រាស់។ ដំណើរការនៃការរីកលូតលាស់ស្រទាប់មួយ ឬច្រើននៃសារធាតុស៊ីលីកូនគ្រីស្តាល់តែមួយ (epilayer) នៅលើស្រទាប់ខាងក្រោម SiC ដោយការទម្លាក់ចំហាយគីមី (CVD) ឬវិធីសាស្រ្តផ្សេងទៀត ជាមួយនឹងការតំរង់ទិសគ្រីស្តាល់ជាក់លាក់ (ជាធម្មតាដូចគ្នានឹងស្រទាប់ខាងក្រោម) ដែលមានគុណភាពខ្ពស់ និងបានគ្រប់គ្រងយ៉ាងជាក់លាក់នូវកំហាប់ និងកម្រាស់នៃសារធាតុ doping ។

គោលបំណងស្នូលគឺ៖

● ដើម្បីផ្តល់ស្រទាប់មុខងារដែលមានពិការភាពទាប៖ ស្រទាប់អេពីដេមានដង់ស៊ីតេទាបនៃពិការភាពគ្រីស្តាល់ បើប្រៀបធៀបទៅនឹងសម្ភារៈស្រទាប់ខាងក្រោម។

● ការគ្រប់គ្រងយ៉ាងជាក់លាក់នៃលក្ខណៈសម្បត្តិអគ្គិសនី៖ សមត្ថភាពក្នុងការគ្រប់គ្រងយ៉ាងជាក់លាក់នូវប្រភេទសារធាតុ doping (N- ឬ P-type) កំហាប់ doping (ក្នុងចន្លោះពី 1014 ដល់ 1019 cm-3) និងកម្រាស់ (ពីពីរបីមីក្រូម៉ែត្រទៅរាប់រយមីក្រូម៉ែត្រ) នៃស្រទាប់អេពីដេ។

● ការបង្កើតរចនាសម្ព័ន្ធឧបករណ៍៖ ផ្តល់វេទិកាមូលដ្ឋានសម្រាប់ផលិតតំបន់សកម្ម (ឧ. ស្រទាប់រសាត់ តំបន់ឆានែល តំបន់រាងកាយ។

ឧបករណ៍ SiC Epitaxy និងកម្មវិធី

ឧបករណ៍ស្នូលសម្រាប់ការសម្តែង ស៊ីស៊ី ដំណើរការ epitaxy គឺជារ៉េអាក់ទ័រ ចំហាយគីមី សីតុណ្ហភាពខ្ពស់ (HTCVD) ។ ទាំងនេះគឺជាប្រព័ន្ធស្មុគ្រស្មាញខ្ពស់ដែលត្រូវបានរចនាឡើងសម្រាប់ការគ្រប់គ្រងច្បាស់លាស់នៃការលូតលាស់របស់គ្រីស្តាល់នៅក្រោមលក្ខខណ្ឌធ្ងន់ធ្ងរ (សីតុណ្ហភាពខ្ពស់ បរិយាកាសជាក់លាក់)។

ប្រភេទ និងមុខងារឧបករណ៍៖

ចង្រ្កានលូតលាស់ epitaxial ស៊ីលីកុន carbide បីប្រភេទ និងភាពខុសគ្នានៃគ្រឿងបន្លាស់ស្នូល

1) បច្ចេកវិទ្យាចម្បង: ជញ្ជាំងក្តៅ CVD ត្រូវបានប្រើប្រាស់យ៉ាងទូលំទូលាយនៅក្នុងឧស្សាហកម្មសព្វថ្ងៃ។ ការរចនានេះធ្វើឱ្យការចែកចាយសីតុណ្ហភាពនៅក្នុងបន្ទប់ប្រតិកម្មកាន់តែមានភាពឯកសណ្ឋាន ដែលអំណោយផលដល់ការធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងនូវកម្រាស់នៃស្រទាប់ epitaxial និងឯកសណ្ឋាននៃសារធាតុ doping ។

2) វិធីសាស្រ្តកំដៅ: កំដៅអាំងឌុចស្យុងឬកំដៅធន់នឹងត្រូវបានប្រើជាទូទៅដើម្បីសម្រេចបាននូវសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ដែលត្រូវការសម្រាប់ SiC epitaxy (ជាធម្មតា> 1500 ° C សូម្បីតែរហូតដល់ 1600-1700 ° C) ។

3) ការកំណត់រចនាសម្ព័ន្ធអង្គជំនុំជម្រះប្រតិកម្ម៖

● រ៉េអាក់ទ័រផ្តេក៖ ឧស្ម័នហូរផ្តេកតាមរយៈ wafer ដែលដាក់នៅលើមូលដ្ឋានក្រាហ្វិត (Susceptor) ។ រចនាសម្ព័ន្ធសាមញ្ញទាក់ទងគ្នា ប៉ុន្តែការគ្រប់គ្រងឯកសណ្ឋានទំហំធំគឺជាបញ្ហាប្រឈមមួយ។

● រ៉េអាក់ទ័របង្វិលភព/បញ្ឈរ៖ វ៉ាហ្វឺរត្រូវបានដាក់នៅលើជើងទម្របង្វិល ជាធម្មតាមានឈ្នាន់ផ្កាយរណបជាច្រើនបង្វិលក្នុងពេលដំណាលគ្នាជុំវិញមជ្ឈមណ្ឌលមួយ។ ការរចនានេះធ្វើអោយប្រសើរឡើងយ៉ាងខ្លាំងនូវសីតុណ្ហភាព និងលំហូរខ្យល់ឯកសណ្ឋាននៃ wafers ធំតាមរយៈការបង្វិល និងបដិវត្តន៍ ហើយបច្ចុប្បន្នជាជម្រើសឧបករណ៍លេចធ្លោសម្រាប់ការផលិតបរិមាណខ្ពស់ ជាពិសេសសម្រាប់ wafers 150mm និង 200mm។ ក្រុមហ៊ុនផលិតឧបករណ៍តំណាងដូចជា LPE, Aixtron ជាដើម ផ្តល់ឧបករណ៍បែបនេះ។

រ៉េអាក់ទ័រ LPE Halfmoon SiC EPI

៤) ប្រព័ន្ធដឹកជញ្ជូនហ្គាស៖

ត្រូវការគ្រប់គ្រងយ៉ាងជាក់លាក់នូវលំហូរនៃឧស្ម័នផ្សេងៗ រួមមានៈ

● សារធាតុមុន៖ ប្រភពស៊ីលីកុន (ឧ. ស៊ីលីន SiH4) ប្រភពកាបូន (ឧ. propane C3H8 ឬ ethylene C2H4) និងប្រភពកាបូន (ឧ. អេទីឡែន C2H4)។ H4).

● ឧស្ម័នក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូន៖ ជាធម្មតាអ៊ីដ្រូសែនដែលមានភាពបរិសុទ្ធខ្ពស់ (H2) ជួនកាលលាយជាមួយ argon (Ar)។

● Dopants: អាសូត (N2) សម្រាប់ថ្នាំ N-type; trimethylaluminum (TMA) ឬ ethylborane (B2H6) សម្រាប់ doping ប្រភេទ P ។

● ការបញ្ចេញឧស្ម័ន៖ ឧ. អ៊ីដ្រូសែនក្លរួ (HCl) សម្រាប់សម្អាតបន្ទប់ ឬការឆ្លាក់ក្នុងកន្លែង។

5) ស្វ័យប្រវត្តិកម្ម និងការគ្រប់គ្រង៖

គ្រឿងបរិក្ខារត្រូវបំពាក់ដោយប្រព័ន្ធគ្រប់គ្រងកម្រិតខ្ពស់ ដើម្បីត្រួតពិនិត្យ និងគ្រប់គ្រងប៉ារ៉ាម៉ែត្រដូចជា សីតុណ្ហភាព សម្ពាធ លំហូរឧស្ម័ន ល្បឿនមូលដ្ឋាន។ល។ ក្នុងពេលវេលាជាក់ស្តែង ដើម្បីធានាបាននូវស្ថេរភាពដំណើរការ និងដំណើរការឡើងវិញ។

កម្មវិធីនៅក្នុងដំណើរការ Semiconductor៖

1) ការផលិត SiC Epi-wafers: ទិន្នផលភ្លាមៗនៃរ៉េអាក់ទ័រ CVD គឺ SiC wafers ជាមួយនឹងស្រទាប់ epitaxial ដែលមានគុណភាពខ្ពស់។ នេះគឺជាចំណុចចាប់ផ្តើមសម្រាប់ការផលិតឧបករណ៍ SiC ជាបន្តបន្ទាប់ទាំងអស់។

2) ការផលិតឧបករណ៍ថាមពល៖ អេផីហ្វ័រទាំងនេះត្រូវបានបញ្ជូនទៅកន្លែងផលិតបន្ទះឈីប (Fab) សម្រាប់ការផលិត៖

● SiC MOSFETs៖ ឧបករណ៍ត្រូវបង្កើតរចនាសម្ព័ន្ធពហុស្រទាប់យ៉ាងត្រឹមត្រូវ ដូចជា N- drifts, P-bodies/wells ។ល។ ហើយគុណភាពនៃស្រទាប់ epitaxial មានផលប៉ះពាល់ផ្ទាល់ទៅលើ Rds(on) threshold Voltage (Vth) breakdown Voltage (Vth) និង RDS(on) នៃឧបករណ៍។ ), វ៉ុលបំបែក (Vbr) និងភាពជឿជាក់។

● SiC SBDs: គ្រឿងបរិក្ខារត្រូវបានប្រើប្រាស់ជាចម្បងដើម្បីពង្រីកស្រទាប់ N- drift ដែលកំណត់សមត្ថភាពទប់ស្កាត់បញ្ច្រាស និងការធ្លាក់ចុះតង់ស្យុងបញ្ជូនបន្តនៃ diode ។

3) គាំទ្រសកម្មភាពស្រាវជ្រាវ និងអភិវឌ្ឍន៍៖ ឧបករណ៍ Epitaxy ក៏ត្រូវបានប្រើប្រាស់ផងដែរ ដើម្បីអភិវឌ្ឍដំណើរការ epitaxial ថ្មី ស្វែងរកលក្ខណៈសម្បត្តិសម្ភារៈថ្មី និងអភិវឌ្ឍរចនាសម្ព័ន្ធឧបករណ៍ប្រលោមលោក។

បញ្ជីនៃផ្នែក Aixtron Planetary Reactor

បញ្ហា និងបញ្ហាប្រឈមនៃឧបករណ៍ SiC Epitaxy និងដំណើរការនៅក្នុងកម្មវិធី

ភាពស្មុគស្មាញខ្ពស់នៃឧបករណ៍ SiC epitaxy និងលក្ខខណ្ឌធ្ងន់ធ្ងរនៃដំណើរការធ្វើឱ្យវាប្រឈមមុខនឹងបញ្ហាប្រឈមធ្ងន់ធ្ងរមួយចំនួននៅក្នុងការអនុវត្តជាក់ស្តែង៖

បញ្ហាប្រឈមនៅកម្រិតឧបករណ៍

● ភាពស្មើគ្នា និងការគ្រប់គ្រងសីតុណ្ហភាព៖ នៅសីតុណ្ហភាព> 1500°C វាមានការលំបាកខ្លាំងណាស់ក្នុងការសម្រេចបាននូវការគ្រប់គ្រងសីតុណ្ហភាពត្រឹមត្រូវក្នុងរង្វង់ពីរបីអង្សាសេតាមជើងធំមួយ (ផ្ទុក 150mm ឬ 200mm wafers)។ គម្លាតតូចនៅក្នុងសីតុណ្ហភាពអាចនាំឱ្យមានកម្រាស់ស្រទាប់ epitaxial មិនស្មើគ្នា និងការប្រមូលផ្តុំសារធាតុ doping ។

● ការរចនា និងបង្កើនប្រសិទ្ធភាពលំហូរឧស្ម័ន៖ លំនាំលំហូរឧស្ម័ននៅក្នុងបន្ទប់ប្រតិកម្មមានសារៈសំខាន់ចំពោះអត្រាកំណើន និងឯកសណ្ឋាន។ ការរចនាគ្រឿងបរិក្ខារតម្រូវឱ្យមានការក្លែងធ្វើ និងពិសោធន៍អ៊ីដ្រូឌីណាមិកស្មុគ្រស្មាញ ដើម្បីបង្កើនប្រសិទ្ធភាពក្បាលផ្កាឈូក ធរណីមាត្រនៃអង្គជំនុំជម្រះ និងប៉ារ៉ាម៉ែត្រលំហូរខ្យល់ ដើម្បីជៀសវាងការវិលជុំ តំបន់ស្លាប់ និងនុយក្លេអ៊ែរដំណាក់កាលឧស្ម័ន (ការបង្កើតភាគល្អិត)។

● ស្ថេរភាព និងការថែទាំបរិក្ខារ៖ សីតុណ្ហភាពខ្ពស់ និងឧស្ម័នដែលច្រេះ (ឧ. HCl) បណ្តាលឱ្យមានការពាក់ និងរហែកយ៉ាងធ្ងន់ធ្ងរលើផ្នែកខាងក្នុងនៃអង្គជំនុំជម្រះ (ឧទាហរណ៍ ក្រាហ្វិច រ៉ែថ្មខៀវ)។ សមា្ភារៈធន់នឹងសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ និងធន់នឹងការច្រេះ ជាមួយនឹងការថែទាំជាប្រចាំ និងការជំនួសផ្នែកគឺត្រូវបានទាមទារ ដើម្បីធានាបាននូវស្ថេរភាពនៃដំណើរការ និងការចម្លងរោគនៃភាគល្អិតទាប។ នេះបង្កើនការចំណាយប្រតិបត្តិការ និងពេលវេលារងចាំ។

● ការគ្រប់គ្រងភាគល្អិត៖ ភាគល្អិតតូចៗដែលបានបង្កើតនៅខាងក្នុងឧបករណ៍គឺជាមូលហេតុចម្បងមួយនៃបញ្ហាផ្ទៃស្រទាប់ epitaxial និងការបរាជ័យឧបករណ៍។ ប្រភពខ្យល់ស្អាតខ្លាំង តម្រងភាពជាក់លាក់ និងនីតិវិធីសម្អាតបន្ទប់ដែលបានកែលម្អត្រូវបានទាមទារ។

● តម្លៃឧបករណ៍ និងសមត្ថភាព៖ ឧបករណ៍ SiC epitaxy មានតម្លៃថ្លៃណាស់។ ទន្ទឹមនឹងនេះ អត្រាកំណើនត្រូវបានកំណត់ជាញឹកញាប់ដើម្បីធានាបាននូវគុណភាពខ្ពស់ ជាពិសេសសម្រាប់ស្រទាប់ epitaxial ក្រាស់ ហើយសមត្ថភាព (Wafers Per Hour (WPH)) នៃឯកតាតែមួយគឺនៅមានកម្រិត ដែលប៉ះពាល់ដោយផ្ទាល់ដល់ការចំណាយរបស់ SiC epitaxial wafers. រ៉េអាក់ទ័រ Planetary មានសមត្ថភាពខ្ពស់ជាង ប៉ុន្តែមានភាពស្មុគស្មាញ និងចំណាយច្រើនជាង។

● ការផ្លាស់ប្តូរទៅជា wafers 200mm៖ ការធ្វើមាត្រដ្ឋានដំណើរការ 150mm ចាស់ទុំដែលមានស្រាប់ និងការរចនាឧបករណ៍ទៅជា wafers 200mm បង្ហាញពីបញ្ហាប្រឈមសំខាន់ៗ ជាពិសេសក្នុងការថែរក្សា ឬសូម្បីតែការកែលម្អឯកសណ្ឋាន និងការគ្រប់គ្រងពិការភាព។

បញ្ហាប្រឈមកម្រិតដំណើរការ (ទាក់ទងយ៉ាងជិតស្និទ្ធទៅនឹងឧបករណ៍)

● ការគ្រប់គ្រងពិការភាព៖ របៀបទប់ស្កាត់ ឬលុបបំបាត់ការផ្លាស់ទីលំនៅប្រកបដោយប្រសិទ្ធភាព (TSD, TED) ដែលលាតសន្ធឹងពីស្រទាប់ខាងក្រោម ព្រមទាំងពិការភាពលើផ្ទៃ (រណ្ដៅ, កោស, ជំហានសរុប) និងពិការភាពខាងក្នុង (កំហុសក្នុងការជង់) ដែលបង្កើតក្នុងអំឡុងពេល epitaxy គឺជាបញ្ហាប្រឈមឥតឈប់ឈរ។ ការបង្កើនប្រសិទ្ធភាពនៃប៉ារ៉ាម៉ែត្រឧបករណ៍ (សីតុណ្ហភាព សម្ពាធ សមាមាត្រ C/Si អត្រាកំណើន) គឺសំខាន់ណាស់។

● អេពីតាស៊ីហ្វីលក្រាស់៖ ឧបករណ៍តង់ស្យុងខ្ពស់ត្រូវការស្រទាប់អេពីតាស៊ីលដែលមានសារធាតុ doped ទាបរាប់សិប ឬរាប់រយមីក្រូន។ ការរក្សាបាននូវដង់ស៊ីតេទាប ភាពស្មើគ្នាខ្ពស់ និងអត្រាកំណើនមានស្ថេរភាពក្នុងរយៈពេលនៃការលូតលាស់ដ៏យូរបែបនេះគឺពិបាកណាស់។

● ការគ្រប់គ្រងសារធាតុ Doping៖ ការសម្រេចបាននូវកំហាប់សារធាតុ doping ជាប់លាប់ខ្ពស់ (ជាពិសេសសារធាតុ doping ទាបនៅក្នុងជួរ 1014-1015cm-3) នៅទូទាំងទំហំ wafer ធំ និងពីបាច់មួយទៅបាច់ ព្រមទាំងចំណុចប្រទាក់ doped ខ្លាំង ទាមទារឧបករណ៍ដែលមានស្ថេរភាពខ្ពស់ និងការគ្រប់គ្រងលំហូរឧស្ម័នច្បាស់លាស់។ ប្រសិទ្ធភាពនៃការធ្វើឱ្យសកម្មទាប និងឥទ្ធិពលនៃការចងចាំរបស់ថ្នាំ P-type doping (Al) ក៏ជាបញ្ហាប្រឈមផងដែរ។ ឥទ្ធិពលនៃការចងចាំក៏ជាបញ្ហាប្រឈមផងដែរ។