Оптимізований і перекладений вміст обладнання для епітаксіального росту карбіду кремнію

Підкладки з карбіду кремнію (SiC) мають численні дефекти, які перешкоджають прямій обробці. Щоб створити чіпові пластини, на підкладці SiC за допомогою епітаксійного процесу необхідно виростити особливу монокристалічну плівку. Ця плівка відома як епітаксійний шар. Майже всі пристрої SiC реалізовані на епітаксіальних матеріалах, а високоякісні гомоепітаксіальні матеріали SiC складають основу для розробки пристроїв SiC. Ефективність епітаксійних матеріалів безпосередньо визначає продуктивність пристроїв із SiC.

Сильнострумові та високонадійні пристрої з SiC висувають суворі вимоги до морфології поверхні, щільності дефектів, однорідності легування та однорідності товщиниепітаксійнийматеріалів. Досягнення великого розміру, низької щільності дефектів і високої рівномірності епітаксії SiC стало критичним для розвитку промисловості SiC.

Виробництво високоякісної епітаксії SiC покладається на передові процеси та обладнання. В даний час найбільш широко використовуваним методом епітаксійного вирощування SiC єХімічне осадження з парової фази (CVD).CVD пропонує точний контроль над товщиною епітаксійної плівки та концентрацією легування, низьку щільність дефектів, помірну швидкість росту та автоматизований контроль процесу, що робить його надійною технологією для успішного комерційного застосування.

SiC CVD епітаксіязазвичай використовує CVD обладнання з гарячими або теплими стінками. Високі температури росту (1500–1700°C) забезпечують продовження кристалічної форми 4H-SiC. На основі співвідношення між напрямком потоку газу та поверхнею підкладки реакційні камери цих систем CVD можна класифікувати на горизонтальні та вертикальні структури.

Якість епітаксіальних печей SiC в основному оцінюється за трьома аспектами: ефективність епітаксійного росту (включаючи однорідність товщини, однорідність легування, швидкість дефектів і швидкість росту), температурні характеристики обладнання (включаючи швидкості нагрівання/охолодження, максимальну температуру та однорідність температури). ), а також економічної ефективності (включаючи ціну за одиницю продукції та виробничу потужність).

Відмінності між трьома типами печей для епітаксійного вирощування SiC

1. Горизонтальні CVD системи з гарячими стінками:

-Особливості:Як правило, мають однопластинкові системи великого розміру, що керуються обертанням газової флотації, що забезпечує чудові показники внутрішньої пластини.

-Репрезентативна модель:Pe1O6 LPE, здатний автоматично завантажувати/розвантажувати пластини при 900°C. Відомий високими темпами росту, короткими епітаксіальними циклами та стабільною продуктивністю в пластині та між серіями.

-Продуктивність:Для 4-6-дюймових епітаксійних пластин 4H-SiC товщиною ≤30 мкм досягається нерівномірність внутрішньої товщини пластини ≤2%, нерівномірність концентрації легування ≤5%, щільність поверхневих дефектів ≤1 см-² і відсутність дефектів. площа поверхні (2 мм × 2 мм клітини) ≥90%.

-Вітчизняні виробники: Такі компанії, як Jingsheng Mechatronics, CETC 48, North Huachuang і Nasset Intelligent, розробили аналогічне епітаксійне обладнання з однопластинчатим кремнієвим карбідом із збільшеним виробництвом.

2. Планетарні CVD системи з теплими стінками:

-Особливості:Використовуйте планетарні основи для вирощування кількох пластин на партію, значно покращуючи ефективність виробництва.

-Репрезентативні моделі:Серії Aixtron AIXG5WWC (8x150 мм) і G10-SiC (9x150 мм або 6x200 мм).

-Продуктивність:Для 6-дюймових епітаксіальних пластин 4H-SiC товщиною ≤10 мкм досягається відхилення товщини між пластинами ±2,5%, нерівномірність товщини внутрішньої пластини 2%, відхилення концентрації легування між пластинами ±5%, а легування всередині пластини нерівномірність концентрації <2%.

-Виклики:Обмежене впровадження на внутрішніх ринках через відсутність даних про серійне виробництво, технічні бар’єри в контролі температури та поля потоку, а також триваючі дослідження та розробки без широкомасштабного впровадження.

3. Вертикальні CVD системи з квазігарячими стінками:

- Особливості:Використовуйте зовнішню механічну допомогу для високошвидкісного обертання підкладки, зменшуючи товщину граничного шару та покращуючи швидкість епітаксійного росту, з властивими перевагами в контролі дефектів.

- Репрезентативні моделі:Однопластинка Nuflare EPIREVOS6 і EPIREVOS8.

-Продуктивність:Досягає швидкості росту понад 50 мкм/год, контролю щільності поверхневих дефектів нижче 0,1 см-², а також внутрішньої товщини пластини та нерівномірності концентрації легування 1% і 2,6% відповідно.

-Внутрішній розвиток:Такі компанії, як Xingsandai і Jingsheng Mechatronics, розробили подібне обладнання, але не досягли широкого використання.

Резюме

Кожен із трьох структурних типів обладнання для епітаксійного вирощування SiC має відмінні характеристики та займає певні сегменти ринку відповідно до вимог застосування. Горизонтальний CVD з гарячою стінкою забезпечує надшвидкі темпи зростання та збалансовану якість і однорідність, але має нижчу ефективність виробництва через обробку однієї пластини. Планетарний CVD з теплими стінками значно підвищує ефективність виробництва, але стикається з проблемами контролю консистенції кількох пластин. Вертикальний CVD із квазігарячою стінкою чудово контролює дефекти завдяки складній структурі та потребує великого технічного обслуговування та досвіду експлуатації.

У міру розвитку галузі повторювана оптимізація та оновлення структур цього обладнання призведуть до все більш уточнених конфігурацій, відіграючи вирішальну роль у виконанні різноманітних специфікацій епітаксійних пластин щодо вимог до товщини та дефектів.

Переваги та недоліки різних печей для епітаксійного вирощування SiC

З безперервним розвитком промисловості ці три типи обладнання зазнають ітераційної структурної оптимізації та модернізації, що призведе до все більш уточнених конфігурацій, які відповідають різним специфікаціям епітаксійних пластин щодо товщини та вимог до дефектів.