SiC epitaksiaalse kasvuahju erinevad tehnilised teed

Ränikarbiidist aluspindadel on palju defekte ja neid ei saa otse töödelda. Kiibivahvlite valmistamiseks tuleb neile epitaksiaalse protsessi abil kasvatada spetsiifiline ühekristalliline õhuke kile. See õhuke kile on epitaksiaalne kiht. Peaaegu kõik ränikarbiidist seadmed on valmistatud epitaksiaalsetel materjalidel. Kvaliteetsed ränikarbiidist homogeensed epitaksiaalsed materjalid on ränikarbiidist seadmete väljatöötamise aluseks. Epitaksiaalsete materjalide jõudlus määrab otseselt ränikarbiidist seadmete jõudluse.

Suure voolutugevusega ja suure töökindlusega ränikarbiidi seadmed on esitanud rangemad nõuded epitaksiaalsete materjalide pinna morfoloogia, defektide tiheduse, dopingu ja paksuse ühtluse osas. Suuremõõtmeline, madala defektide tihedusega ja kõrge ühtlusegaränikarbiidi epitaksiaon muutunud ränikarbiiditööstuse arengu võtmeks.

Kvaliteetne valmistamineränikarbiidi epitaksianõuab täiustatud protsesse ja seadmeid. Kõige laialdasemalt kasutatav ränikarbiidi epitaksiaalne kasvumeetod on keemiline aurustamine-sadestamine (CVD), mille eeliseks on epitaksiaalse kile paksuse ja dopingu kontsentratsiooni täpne juhtimine, vähem defekte, mõõdukas kasvukiirus ja automaatne protsessi juhtimine. See on usaldusväärne tehnoloogia, mida on edukalt kommertsialiseeritud.

Ränikarbiidi CVD epitaksis kasutatakse üldiselt kuumseina või soemüüri CVD seadmeid, mis tagab epitaksiaalse kihi 4H kristalli SiC jätkumise kõrgema kasvutemperatuuri tingimustes (1500-1700 ℃). Pärast aastatepikkust arendustööd saab kuumseina või soemüüri CVD jagada horisontaalse horisontaalse struktuuriga reaktoriteks ja vertikaalse vertikaalse struktuuriga reaktoriteks vastavalt sisselaskegaasi voolu suuna ja substraadi pinna vahelisele suhtele.

Ränikarbiidi epitaksiaalahju kvaliteedil on peamiselt kolm näitajat. Esimene on epitaksiaalne kasvujõudlus, sealhulgas paksuse ühtlus, dopingu ühtlus, defektide määr ja kasvukiirus; teine ​​on seadme enda temperatuurinäitajad, sealhulgas kütte-/jahutuskiirus, maksimaalne temperatuur, temperatuuri ühtlus; ja lõpuks seadmete enda kulutasuvus, sealhulgas ühikuhind ja tootmisvõimsus.

Erinevused kolme tüüpi ränikarbiidi epitaksiaalsete kasvuahjude vahel

Kuuma seina horisontaalne CVD, sooja seina planetaarne CVD ja peaaegu kuuma seina vertikaalne CVD on peamised epitaksiaalseadmete tehnoloogialahendused, mida on praeguses etapis kaubanduslikult rakendatud. Ka kolmel tehnilisel varustusel on oma omadused ja neid saab valida vastavalt vajadustele. Struktuuriskeem on näidatud alloleval joonisel:

Kuuma seina horisontaalne CVD-süsteem on üldiselt ühe vahvliga suuremõõtmeline kasvusüsteem, mida juhib õhu hõljumine ja pöörlemine. Häid vahvlisiseseid näitajaid on lihtne saavutada. Esindusmudel on Itaalias asuva LPE Company Pe1O6. See masin suudab teostada vahvlite automaatset laadimist ja mahalaadimist temperatuuril 900 ℃. Peamised omadused on kõrge kasvukiirus, lühike epitaksiaaltsükkel, hea konsistents vahvli sees ja ahjude vahel jne. Sellel on Hiinas suurim turuosa

Vastavalt LPE ametlikele aruannetele koos suuremate kasutajate kasutamisega võivad Pe1O6 epitaksiaalse ahjuga toodetud 100–150 mm (4–6 tolli) 4H-SiC epitaksiaalsed vahveltooted, mille paksus on alla 30 μm, stabiilselt saavutada järgmised näitajad: vahvlisisese epitaksi paksuse ebaühtlus ≤2%, plaadisisese dopingu kontsentratsiooni ebaühtlus ≤5%, pinnadefektide tihedus ≤1cm-2, pinnadefektideta pindala (2mm×2mm ühikurakk) ≥90%.

Kodumaised ettevõtted, nagu JSG, CETC 48, NAURA ja NASO, on välja töötanud sarnaste funktsioonidega monoliitsed ränikarbiidist epitaksiaalsed seadmed ja on saavutanud suuremahulisi saadetisi. Näiteks 2023. aasta veebruaris lasi JSG välja 6-tollise topeltvahvliga SiC epitaksiaalseadme. Seadmed kasutavad reaktsioonikambri grafiidist osade ülemise ja alumise kihi ülemist ja alumist kihti kahe epitaksiaalse vahvli kasvatamiseks ühes ahjus ning ülemist ja alumist protsessigaasi saab eraldi reguleerida, temperatuuride erinevusega ≤ 5°C, mis kompenseerib tõhusalt monoliitsete horisontaalsete epitaksiaalsete ahjude ebapiisava tootmisvõimsuse puuduse. Peamine varuosa onSiC kate Halfmoon osadTarnime kasutajatele 6- ja 8-tollisi poolkuu osi.

Soojaseinalist planetaarset CVD-süsteemi koos aluse planetaarse paigutusega iseloomustab mitme vahvli kasv ühes ahjus ja kõrge väljundefektiivsus. Tüüpilised mudelid on Saksamaa Aixtroni seeria AIXG5WWC (8X150mm) ja G10-SiC (9×150mm või 6×200mm) epitaksiaalseadmed.

Aixtroni ametliku aruande kohaselt suudavad G10 epitaksiaalse ahjuga toodetud 6-tollised 4H-SiC epitaksiaalsed vahvlitooted paksusega 10 μm stabiilselt saavutada järgmisi näitajaid: vahvlitevaheline epitaksiaalse paksuse hälve ±2,5%, plaadisisene epitaksiaalne paksus ebaühtlus 2%, vahvlitevaheline dopingu kontsentratsiooni hälve ±5%, vahvlisisese dopingu kontsentratsiooni ebaühtlus <2%.

Seni on seda tüüpi mudeleid kodukasutajad harva kasutanud ja partii tootmisandmed on ebapiisavad, mis teatud määral piirab selle insenerirakendust. Lisaks on mitme vahvliga epitaksiaalahjude kõrgete tehniliste takistuste tõttu temperatuurivälja ja vooluvälja juhtimise osas sarnaste kodumasinate väljatöötamine alles uurimis- ja arendusjärgus ning alternatiivset mudelit pole. , saame pakkuda Aixtroni planetaarset sustseptorit nagu 6-tolline ja 8-tolline TaC- või SiC-kattega.

Kvaasikuuma seinaga vertikaalne CVD-süsteem pöörleb peamiselt suurel kiirusel välise mehaanilise abi abil. Sellele on iseloomulik, et viskoosse kihi paksust vähendatakse tõhusalt madalama reaktsioonikambri rõhuga, suurendades seeläbi epitaksiaalset kasvukiirust. Samal ajal puudub selle reaktsioonikambril ülemine sein, millele saaks ladestada ränikarbiidi osakesi, samuti pole lihtne toota kukkuvaid esemeid. Sellel on defektide kontrollimisel omane eelis. Tüüpilised mudelid on Jaapani Nuflare ühe vahvliga epitaksiaalsed ahjud EPIREVOS6 ja EPIREVOS8.

Nuflare andmetel võib EPIREVOS6 seadme kasvukiirus ulatuda üle 50 μm/h ja epitaksiaalse vahvli pinnadefektide tihedust saab kontrollida alla 0,1 cm-²; ühtluse kontrolli osas teatas Nuflare'i insener Yoshiaki Daigo EPIREVOS6 abil kasvatatud 10 μm paksuse 6-tollise epitaksiaalse vahvli sisemise ühtluse tulemustest ning vahvlisisese paksuse ja dopingukontsentratsiooni ebaühtlus ulatus vastavalt 1% ja 2,6%ni. Pakume ränidioksiidiga kaetud kõrge puhtusastmega grafiidiosi naguÜlemine grafiidi silinder.

Praegu on kodumaised seadmete tootjad, nagu Core Third Generation ja JSG, kavandanud ja turule toonud sarnaste funktsioonidega epitaksiaalseadmed, kuid neid pole laialdaselt kasutatud.

Üldiselt on kolme tüüpi seadmetel oma omadused ja neil on teatud turuosa erinevates rakendusvajadustes:

Kuumaseina horisontaalsel CVD-struktuuril on ülikiire kasvutempo, kvaliteet ja ühtlus, lihtne seadmete kasutamine ja hooldus ning küpsed suuremahulised tootmisrakendused. Kuid ühe vahvli tüübi ja sagedase hoolduse tõttu on tootmise efektiivsus madal; sooja seina planetaarne CVD kasutab tavaliselt 6 (tk) × 100 mm (4 tolli) või 8 (tk) × 150 mm (6 tolli) kandiku struktuuri, mis parandab oluliselt seadmete tootmistõhusust tootmisvõimsuse osas, kuid mitme tüki konsistentsi on raske kontrollida ja suurimaks probleemiks on endiselt toodangu saagikus; kvaasikuuma seina vertikaalsel CVD-l on keeruline struktuur ja epitaksiaalse vahvli tootmise kvaliteedidefektide kontroll on suurepärane, mis nõuab äärmiselt rikkalikku seadmete hooldus- ja kasutuskogemust.

Tööstuse pideva arenguga optimeeritakse ja uuendatakse neid kolme tüüpi seadmeid iteratiivselt struktuuri osas ning seadmete konfiguratsioon muutub üha täiuslikumaks, mängides olulist rolli erineva paksusega ja erineva paksusega epitaksiaalplaatide spetsifikatsioonide sobitamisel. defektide nõuded.