Optimalizovaný a přeložený obsah na zařízení pro epitaxní růst z karbidu křemíku

Substráty z karbidu křemíku (SiC) mají četné vady, které brání přímému zpracování. K vytvoření čipových destiček musí být na substrátu SiC pomocí epitaxního procesu vypěstován specifický monokrystalický film. Tento film je známý jako epitaxní vrstva. Téměř všechna SiC zařízení jsou realizována na epitaxních materiálech a vysoce kvalitní homoepitaxní SiC materiály tvoří základ pro vývoj SiC zařízení. Výkon epitaxních materiálů přímo určuje výkon SiC zařízení.

Vysokoproudé a vysoce spolehlivé SiC zařízení kladou přísné požadavky na morfologii povrchu, hustotu defektů, stejnoměrnost dopingu a stejnoměrnost tloušťkyepitaxnímateriálů. Dosažení velkorozměrové epitaxe SiC s nízkou hustotou defektů a vysokou uniformitou se stalo kritickým pro rozvoj průmyslu SiC.

Výroba vysoce kvalitní SiC epitaxe se opírá o pokročilé procesy a vybavení. V současnosti je nejrozšířenější metodou pro epitaxní růst SiCChemická depozice z plynné fáze (CVD).CVD nabízí přesnou kontrolu nad tloušťkou epitaxního filmu a koncentrací dopingu, nízkou hustotu defektů, střední rychlost růstu a automatizované řízení procesu, což z něj činí spolehlivou technologii pro úspěšné komerční aplikace.

SiC CVD epitaxeobecně využívá zařízení CVD s horkou stěnou nebo teplostěnou. Vysoké růstové teploty (1500–1700 °C) zajišťují pokračování krystalické formy 4H-SiC. Na základě vztahu mezi směrem proudění plynu a povrchem substrátu lze reakční komory těchto CVD systémů rozdělit na horizontální a vertikální struktury.

Kvalita epitaxních pecí SiC se posuzuje hlavně podle tří hledisek: výkon epitaxního růstu (včetně rovnoměrnosti tloušťky, stejnoměrnosti dopingu, rychlosti defektů a rychlosti růstu), teplotní výkon zařízení (včetně rychlostí ohřevu/chlazení, maximální teploty a rovnoměrnosti teploty ), a efektivnost nákladů (včetně jednotkové ceny a výrobní kapacity).

Rozdíly mezi třemi typy SiC epitaxních růstových pecí

1. Horkostěnné horizontální CVD systémy:

-Vlastnosti:Obecně se vyznačují velkoplošnými růstovými systémy s jedním plátkem poháněným rotací plynové flotace, čímž se dosahují vynikající metriky uvnitř plátku.

- Reprezentativní model:LPE Pe1O6, schopný automatického vkládání/vyjímání plátků při 900 °C. Známý pro vysokou rychlost růstu, krátké epitaxní cykly a konzistentní výkon uvnitř destičky a mezi sériemi.

-Výkon:Pro 4-6palcové 4H-SiC epitaxní destičky s tloušťkou ≤ 30 μm dosahuje nerovnoměrnosti tloušťky uvnitř destičky ≤ 2 %, nerovnoměrnosti koncentrace dopingu ≤ 5 %, hustoty povrchových defektů ≤ 1 cm-² a bez defektů povrchová plocha (2 mm × 2 mm buňky) ≥ 90 %.

-Domácí výrobci: Společnosti jako Jingsheng Mechatronics, CETC 48, North Huachuang a Nasset Intelligent vyvinuly podobná epitaxní zařízení na SiC s jednou destičkou se zvýšenou výrobou.

2. Planetární CVD systémy s teplou stěnou:

-Vlastnosti:Použijte základny planetárního uspořádání pro růst více plátků na šarži, což výrazně zlepšuje efektivitu výstupu.

-Reprezentativní modely:Řada AIXG5WWC (8x150mm) a G10-SiC (9x150mm nebo 6x200mm) od společnosti Aixtron.

-Výkon:U 6palcových 4H-SiC epitaxních plátků s tloušťkou ≤10 μm dosahuje odchylka tloušťky mezi plátkem ±2,5 %, nerovnoměrnost tloušťky uvnitř plátku 2 %, odchylka koncentrace dopování mezi plátkem ±5 % a dopování uvnitř plátku nerovnoměrnost koncentrace <2 %.

-Výzvy:Omezené přijetí na domácích trzích kvůli nedostatku údajů o sériové výrobě, technickým překážkám v řízení teploty a průtoku a pokračujícímu výzkumu a vývoji bez rozsáhlé implementace.

3. Quasi-hot-wall vertikální CVD systémy:

- Vlastnosti:Využijte externí mechanickou podporu pro vysokorychlostní rotaci substrátu, snížení tloušťky hraniční vrstvy a zlepšení rychlosti epitaxního růstu s inherentními výhodami v kontrole defektů.

- Reprezentativní modely:Nuflare s jedinou destičkou EPIREVOS6 a EPIREVOS8.

-Výkon:Dosahuje rychlosti růstu nad 50 μm/h, kontroly hustoty povrchových defektů pod 0,1 cm-² a nerovnoměrnosti tloušťky a dopingové koncentrace uvnitř destičky 1 %, resp. 2,6 %.

-Domácí rozvoj:Společnosti jako Xingsandai a Jingsheng Mechatronics navrhly podobná zařízení, ale nedosáhly jejich použití ve velkém měřítku.

Shrnutí

Každý ze tří konstrukčních typů zařízení pro epitaxní růst SiC má odlišné vlastnosti a zaujímá specifické segmenty trhu na základě požadavků aplikace. Horizontální CVD s horkou stěnou nabízí ultra rychlé rychlosti růstu a vyváženou kvalitu a jednotnost, ale má nižší efektivitu výroby díky zpracování jedné destičky. Planetární CVD s teplou stěnou výrazně zvyšuje efektivitu výroby, ale čelí výzvám v řízení konzistence více plátků. Kvazi-hot-stěnové vertikální CVD vyniká v kontrole defektů se složitou strukturou a vyžaduje rozsáhlé zkušenosti s údržbou a provozem.

Jak se průmysl vyvíjí, iterativní optimalizace a upgrady těchto struktur zařízení povedou ke stále rafinovanějším konfiguracím, které hrají klíčovou roli při plnění různých specifikací epitaxních plátků pro tloušťku a požadavky na vady.

Výhody a nevýhody různých SiC epitaxních růstových pecí

S neustálým průmyslovým vývojem budou tyto tři typy zařízení procházet iterativní strukturální optimalizací a modernizací, což povede ke stále rafinovanějším konfiguracím, které odpovídají různým specifikacím epitaxních plátků z hlediska tloušťky a požadavků na vady.