A SiC epitaxiális növesztő kemence különböző műszaki útjai

A szilícium-karbid szubsztrátumoknak sok hibája van, és nem lehet közvetlenül feldolgozni. Egy speciális egykristály vékony filmet kell rajtuk növeszteni epitaxiális eljárással, hogy chip ostyákat készítsenek. Ez a vékony film az epitaxiális réteg. Szinte minden szilícium-karbid eszköz epitaxiális anyagokon készül. A kiváló minőségű szilícium-karbid homogén epitaxiális anyagok képezik a szilícium-karbid eszközök fejlesztésének alapját. Az epitaxiális anyagok teljesítménye közvetlenül meghatározza a szilícium-karbid eszközök teljesítményének megvalósulását.

A nagy áramerősségű és nagy megbízhatóságú szilícium-karbid eszközök szigorúbb követelményeket támasztanak az epitaxiális anyagok felületi morfológiájával, hibasűrűségével, adalékolásával és vastagságának egyenletességével kapcsolatban. Nagy méretű, alacsony hibasűrűség és nagy egyenletességszilícium-karbid epitaxiaa szilícium-karbid ipar fejlődésének kulcsa lett.

Kiváló minőségű elkészítéseszilícium-karbid epitaxiafejlett folyamatokat és berendezéseket igényel. A legszélesebb körben alkalmazott szilícium-karbid epitaxiális növesztési módszer a kémiai gőzleválasztás (CVD), amelynek előnyei az epitaxiális filmvastagság és adalékolási koncentráció pontos szabályozása, kevesebb hiba, mérsékelt növekedési sebesség és automatikus folyamatszabályozás. Ez egy megbízható technológia, amely sikeresen kereskedelmi forgalomba került.

A szilícium-karbid CVD-epitaxia általában melegfalú vagy melegfalú CVD-berendezést használ, amely biztosítja az epitaxiális réteg 4H kristály SiC folyamatosságát magasabb növekedési hőmérsékleti körülmények között (1500-1700 ℃). Évekig tartó fejlesztés után a melegfalú vagy melegfalú CVD vízszintes vízszintes szerkezetű reaktorokra és függőleges függőleges szerkezetű reaktorokra osztható a bemeneti gázáramlás iránya és a szubsztrátum felülete közötti kapcsolat szerint.

A szilícium-karbid epitaxiális kemence minősége alapvetően három mutatóval rendelkezik. Az első az epitaxiális növekedési teljesítmény, beleértve a vastagság egyenletességét, az adalékolás egyenletességét, a hibaarányt és a növekedési sebességet; a második maga a berendezés hőmérsékleti teljesítménye, beleértve a fűtési/hűtési sebességet, a maximális hőmérsékletet, a hőmérséklet egyenletességét; és végül magának a berendezésnek a költségteljesítménye, beleértve az egységárat és a termelési kapacitást.

Különbségek a szilícium-karbid epitaxiális növekedési kemencék három típusa között

A melegfalú vízszintes CVD, a melegfalú planetáris CVD és a kvázi melegfalú függőleges CVD a fő áramú epitaxiális berendezések technológiai megoldásai, amelyeket ebben a szakaszban kereskedelmi forgalomban alkalmaznak. A három technikai berendezésnek is megvan a maga sajátossága, és az igények szerint választható. A szerkezeti diagram az alábbi ábrán látható:

A melegfalú vízszintes CVD-rendszer általában egy lapos, nagyméretű növesztőrendszer, amelyet levegőflotáció és -forgatás hajt. Könnyű jó in-wafer mutatókat elérni. A reprezentatív modell az olaszországi LPE Company Pe1O6. Ez a gép képes az ostyák automatikus be- és kirakodására 900 ℃-on. A fő jellemzők a nagy növekedési ütem, a rövid epitaxiális ciklus, a jó konzisztencia az ostyán belül és a kemencék között stb. Kínában a legmagasabb piaci részesedéssel rendelkezik

Az LPE hivatalos jelentései szerint a főbb felhasználók használatával kombinálva a Pe1O6 epitaxiális kemencével előállított 100-150 mm-es (4-6 hüvelyk) 4H-SiC epitaxiális ostyatermékek, amelyek vastagsága kisebb, mint 30 μm, stabilan a következő mutatókat éri el: az ostyán belüli epitaxiális vastagság egyenetlensége ≤2%, az ostyán belüli adalékkoncentráció egyenetlensége ≤5%, felületi hibasűrűség ≤1cm-2, felületi hibamentes terület (2mm×2mm egységcella) ≥90%.

A hazai vállalatok, mint például a JSG, a CETC 48, a NAURA és a NASO hasonló funkciókkal rendelkező monolit szilícium-karbid epitaxiális berendezéseket fejlesztettek ki, és nagyszabású szállítást értek el. Például 2023 februárjában a JSG kiadott egy 6 hüvelykes dupla lapátos SiC epitaxiális berendezést. A berendezés a reakciókamra grafitrészeinek felső és alsó rétegének felső és alsó rétegét használja két epitaxiális ostya egy kemencében történő termesztésére, a felső és alsó technológiai gázok külön szabályozhatók, ≤ hőmérséklet-különbséggel. 5°C, ami hatékonyan pótolja azt a hátrányt, hogy a monolit vízszintes epitaxiális kemencék elégtelen gyártási kapacitása. A legfontosabb alkatrész aSiC bevonat Halfmoon alkatrészek.6 hüvelykes és 8 hüvelykes félhold alkatrészeket szállítunk a felhasználóknak.

A melegfalú bolygókerekes CVD-rendszert, az alap bolygókerekes elrendezésével, több lapka egyetlen kemencében történő növekedése és magas teljesítménye jellemzi. Reprezentatív modellek a német Aixtron AIXG5WWC (8X150mm) és G10-SiC (9×150mm vagy 6×200mm) sorozatú epitaxiális berendezései.

Az Aixtron hivatalos jelentése szerint a G10 epitaxiális kemencével előállított 6 hüvelykes, 10 μm vastagságú 4H-SiC epitaxiális ostyatermékek stabilan a következő mutatókat képesek elérni: szeletek közötti epitaxiális vastagság eltérése ±2,5%, szeleten belüli epitaxiális vastagság 2%-os egyenetlenség, ±5%-os ostyaközi adalékkoncentráció eltérés, ostyán belüli adalékolási koncentráció eltérése <2%.

Ezt a típust a hazai felhasználók eddig ritkán használják, és a kötegelt gyártási adatok sem elegendőek, ami bizonyos mértékig korlátozza annak mérnöki alkalmazását. Ezen túlmenően, a több lapátos epitaxiális kemencék magas műszaki korlátai miatt a hőmérséklet és az áramlási tér szabályozása tekintetében a hasonló háztartási berendezések fejlesztése még kutatás-fejlesztési szakaszban van, és nincs alternatív modell. , tudunk biztosítani Aixtron Planetary szuszceptort, például 6 hüvelykes és 8 hüvelykes TaC bevonattal vagy SiC bevonattal.

A kvázi forrófalú függőleges CVD rendszer főként nagy sebességgel forog külső mechanikai segítséggel. Jellemzője, hogy a viszkózus réteg vastagságát a reakciókamra alacsonyabb nyomása hatékonyan csökkenti, ezáltal növeli az epitaxiális növekedési sebességet. Ugyanakkor reakciókamrájának nincs felső fala, amelyre SiC részecskék rakódhatnának le, és nem könnyű leeső tárgyakat előállítani. A hibaelhárításban rejlő előnye van. A reprezentatív modellek a japán Nuflare egylapos epitaxiális kemencéi, az EPIREVOS6 és EPIREVOS8.

A Nuflare szerint az EPIREVOS6 eszköz növekedési sebessége elérheti az 50 μm/h-t, és az epitaxiális lapka felületi hibasűrűsége 0,1 cm-² alá szabályozható; az egyenletesség-szabályozás tekintetében Yoshiaki Daigo, a Nuflare mérnöke egy EPIREVOS6-tal növesztett 10 μm vastag, 6 hüvelykes epitaxiális ostya ostyán belüli egyenletességi eredményeiről számolt be, és az ostyán belüli vastagság és a doppingkoncentráció egyenetlensége 1%-ot, illetve 2,6%-ot ért el. SiC bevonatú, nagy tisztaságú grafit alkatrészeket kínálunk, mint plFelső grafit henger.

Jelenleg a hazai berendezésgyártók, mint például a Core Third Generation és a JSG hasonló funkciókkal rendelkező epitaxiális berendezéseket terveztek és dobtak piacra, de ezeket nem alkalmazták széles körben.

Általánosságban elmondható, hogy a három típusú berendezés saját jellemzőkkel rendelkezik, és bizonyos piaci részesedést foglal el a különböző alkalmazási igényekben:

A melegfalú vízszintes CVD-szerkezet rendkívül gyors növekedési ütemet, minőséget és egyenletességet, egyszerű berendezés-kezelést és karbantartást, valamint kiforrott, nagyszabású gyártási alkalmazásokat kínál. Az egylapos típus és a gyakori karbantartás miatt azonban a gyártási hatékonyság alacsony; a melegfalú planetáris CVD általában 6 (darab) × 100 mm (4 hüvelyk) vagy 8 (darab) × 150 mm (6 hüvelyk) tálcaszerkezetet alkalmaz, ami nagymértékben javítja a berendezés gyártási hatékonyságát a gyártási kapacitás tekintetében, de nehéz ellenőrizni a több darab konzisztenciáját, és továbbra is a termelési hozam jelenti a legnagyobb problémát; a kvázi melegfalú függőleges CVD összetett felépítésű, az epitaxiális ostyagyártás minőségi hibaellenőrzése kiváló, ami rendkívül gazdag berendezés-karbantartási és használati tapasztalatot igényel.

Az ipar folyamatos fejlődésével ez a három berendezéstípus iteratívan optimalizálható, szerkezetileg korszerűsödik, a berendezés konfigurációja pedig egyre tökéletesebb lesz, fontos szerepet játszik a különböző vastagságú epitaxiális lapkák specifikációinak, ill. hibakövetelmények.