Rôzne technické trasy epitaxnej rastovej pece SIC

Substráty z karbidu kremíka majú veľa defektov a nedajú sa priamo spracovať. Konkrétny jednokryštalický tenký film sa musí pestovať prostredníctvom epitaxiálneho procesu, aby sa vytvorili doštičky čipov. Tento tenký film je epitaxnou vrstvou. Takmer všetky zariadenia na karbid kremíka sa realizujú na epitaxiálnych materiáloch. Kvalitné homogénne epitaxiálne materiály kremíka karbidu sú základom pre vývoj zariadení na karbid kremíka. Výkon epitaxiálnych materiálov priamo určuje realizáciu výkonu zariadení na karbid kremíka.

Zariadenia karbidu kremíka s vysokou vzdialenosťou a vysokou spoľahlivosťou predložili prísnejšie požiadavky na morfológiu povrchu, hustotu defektov, rovnomernosť dopingu a hrúbky epitaxiálnych materiálov. Hustota veľkej veľkosti, nízko-bojová hustota a vysoká jednotnosťepitaxia karbidu kremíkasa stal kľúčom k rozvoju priemyslu karbidu kremíka.

Príprava vysokej kvalityepitaxia karbidu kremíkavyžaduje pokročilé procesy a vybavenie. Najčastejšie používanou metódou epitaxného rastu kremíka je chemické depozície pary (CVD), ktorá má výhody presnej kontroly epitaxnej hrúbky filmu a koncentrácie dopingu, menšie defekty, mierny rýchlosť rastu a automatickú kontrolu procesu. Je to spoľahlivá technológia, ktorá bola úspešne komercializovaná.

Epitaxia CVD karbidu kremíka vo všeobecnosti používa zariadenie na horúcu stenu alebo teplú stenu CVD, čo zaisťuje pokračovanie epitaxnej vrstvy 4H Crystal SIC za podmienok vyššej rastovej teploty (1500-1700 ℃). Po rokoch vývoja možno CVD horúcej steny alebo teplej steny rozdeliť na horizontálnu vodorovnú štruktúru a reaktory zvislej zvislej štruktúry podľa vzťahu medzi smerom prietoku vstupného plynu a povrchom substrátu.

Kvalita epitaxnej pece kremíka karbidu má hlavne tri ukazovatele. Prvým je výkon epitaxného rastu vrátane rovnomernosti hrúbky, rovnomernosti dopingu, miery defektov a rýchlosti rastu; Druhým je teplotný výkon samotného zariadenia vrátane rýchlosti vykurovania/chladenia, maximálnej teploty, teplotnej jednotnosti; a nakoniec nákladový výkon samotného zariadenia vrátane jednotkovej ceny a výrobnej kapacity.

Rozdiely medzi tromi typmi epitaxných rastových pecí z karbidu kremíka

Horúca stena Horizontálna CVD, planéta Warm Wall Planetár CVD a kvázi-hotová stena Vertikálne CVD sú hlavnými technologickými riešeniami epitaxiálnych zariadení, ktoré boli v tejto fáze komerčne aplikované. Tri technické vybavenie majú tiež svoje vlastné charakteristiky a je možné ich vybrať podľa potrieb. Štruktúra diagram je znázornená na obrázku nižšie:

Horú vodorovný systém CVD horizontálnej steny je vo všeobecnosti jednorazový rastový systém s veľkým veľkosti poháňaný flotáciou vzduchu a rotáciou. Je ľahké dosiahnuť dobré indikátory pre opláchnutie. Reprezentatívny model je PE1O6 spoločnosti LPE v Taliansku. Tento stroj dokáže realizovať automatické nakladanie a vykladanie doštičiek pri 900 ℃. Hlavnými črtami sú vysoká miera rastu, krátky epitaxiálny cyklus, dobrá konzistentnosť v rámci oblátky a medzi peciami atď. Má najvyšší podiel na trhu v Číne.

Podľa oficiálnych správ LPE v kombinácii s používaním hlavných používateľov produkty Epitaxia PE1O6 (4 až 6 palcov) 4H-SIC môžu stabilne dosahovať nasledujúce indikátory intra-vodičov deficita intra-waferu, intraktívna epitaxiálna hrubosť nejednotnosť <2% ≤1cm-2, plocha bez povrchových defektov (jednotková bunka 2 mm × 2 mm) ≥90%.

Domáce spoločnosti ako JSG, CETC 48, Naura a NASO vyvinuli monolitické epitaxiálne vybavenie kremíka s podobnými funkciami a dosiahli rozsiahle zásielky. Napríklad vo februári 2023 spoločnosť JSG vydala 6-palcové epitaxiálne vybavenie SIC s dvojitou vodou. Zariadenie používa horné a dolné vrstvy horných a dolných vrstiev grafitovej časti reakčnej komory na pestovanie dvoch epitaxiálnych doštičiek v jednej peci a horné a dolné procesné plyny môžu byť samostatne regulované, s teplotným rozdielom v ≤5 ° C, ktoré účinne vymenúva pre znevýhodnenie nedostatočnej produkcie monolitickej horizontálnej horizontálnej internetovSIC povlaky polovičné diely. Používateľom dodávame 6 palcov a 8 palcov.

Planetárny systém CVD teplej steny s planétovým usporiadaním základne sa vyznačuje rastom viacerých doštičiek v jednej peci a vysokou výkonnou účinnosťou. Reprezentatívne modely sú AIXG5WWC (8x150 mm) a G10-SIC (9 × 150 mm alebo 6 × 200 mm) epitaxiálne vybavenie Aixtron Nemecka.

Podľa oficiálnej správy spoločnosti Aixtron môže 6-palcové výrobky epitaxných doštičiek so 4H-SIC s hrúbkou 10 μm produkovanej g10 epitaxnou pecou stabilne dosiahnuť nasledujúce ukazovatele: inter-wafer epitaxiálna odchýlka odchýlky odchýlky ± 2,5%, intra-wafer epitaxia nejednotnosť 2%, inter-waferovej koncentrácie DOPING DOPING DOPING DOPING DOPING DOPING DOPING DOPINÁCIE koncentrácia nejednotnosť <2%.

Doteraz tento typ modelu zriedka používajú domáci používatelia a údaje o výrobe dávky sú nedostatočné, čo do istej miery obmedzuje jeho inžiniersku aplikáciu. Okrem toho, v dôsledku vysokých technických prekážok viacerých epitaxných pecí z hľadiska regulácie teplotného poľa a toku poľa je vývoj podobného domáceho vybavenia stále vo fáze výskumu a vývoja a neexistuje žiadny alternatívny model. Medzitým môžeme poskytnúť aixtron planétový spievanie, ako je 6 palcov a 8 palcov s povlakom TAC alebo povlakom SIC.

Vertikálny CVD systém kvázi-hotovej steny sa otáča hlavne pri vysokej rýchlosti cez vonkajšiu mechanickú pomoc. Jeho charakteristikou je, že hrúbka viskóznej vrstvy je účinne znížená nižším tlakom reakčnej komory, čím sa zvyšuje rýchlosť epitaxného rastu. Zároveň jej reakčná komora nemá hornú stenu, na ktorej je možné ukladať častice SIC, a nie je ľahké produkovať padajúce predmety. Má prirodzenú výhodu pri kontrole defektov. Reprezentatívne modely sú jednostranné epitaxné pece Epirevos6 a Epirevos8 japonského nuflare.

Podľa Nuflare môže rýchlosť rastu zariadenia EpirevOS6 dosiahnuť viac ako 50 μm/h a hustota povrchovej defektu epitaxnej oblátky môže byť regulovaná pod 0,1 cm-²; Pokiaľ ide o kontrolu uniformity, inžinier Nuflare Yoshiaki Daigo uviedol, že výsledky uniformity v rámci závratu v 10 μm hrubej 6-palcovej epitaxiálnej doštičke pestované pomocou epirevos6 a nonuniforma v rámci intra-vodiča, ako sú časti, ako sú časti, ako je napríklad koncentrácia dopingu.Horný grafitový valec.

V súčasnosti výrobcovia domácich zariadení, ako sú základná tretia generácia a JSG, navrhli a uviedli na trh epitaxiálne vybavenie s podobnými funkciami, ale vo veľkom meradle sa nepoužívali.

Vo všeobecnosti majú tieto tri typy zariadení svoje vlastné charakteristiky a zaberajú určitý podiel na trhu v rôznych potrebách aplikácií:

Vodorovná horizontálna štruktúra CVD na stene obsahuje ultra rýchlu rýchlosť rastu, kvalitu a uniformitu, jednoduchú prevádzku a údržbu zariadenia a zrelé rozsiahle výrobné aplikácie. Avšak v dôsledku typu s jedným závesom a častej údržbe je účinnosť výroby nízka; Planéta Warm Wall CVD vo všeobecnosti prijíma štruktúru podnosu 6 (kus) × 100 mm (4 palce) alebo 8 (kus) × 150 mm (6 palcov), ktorá výrazne zlepšuje účinnosť výroby zariadenia z hľadiska výrobnej kapacity, ale je ťažké kontrolovať konzistentnosť viacerých kusov a výnos výroby je stále najväčším problémom; Vertikálna CVD steny kvázi hot má zložitú štruktúru a kontrola defektov kvality v produkcii epitaxnej doštičky je vynikajúca, čo si vyžaduje extrémne bohatú zážitok údržby a používania zariadení.

S nepretržitým vývojom tohto odvetvia budú tieto tri typy zariadení iteratívne optimalizované a vylepšené z hľadiska štruktúry a konfigurácia zariadenia sa stane čoraz dokonalejšou a bude zohrávať dôležitú úlohu pri zhodovaní špecifikácií epitaxiálnych doštičiek s rôznymi hrúbkami a požiadavkami na defekty.