Různé technické cesty SiC epitaxní růstové pece

Substráty z karbidu křemíku mají mnoho defektů a nelze je přímo zpracovávat. Aby se vytvořily čipové destičky, je třeba na nich pomocí epitaxního procesu narůst specifický tenký film monokrystalu. Tento tenký film je epitaxní vrstvou. Téměř všechna zařízení z karbidu křemíku jsou realizována na epitaxních materiálech. Vysoce kvalitní homogenní epitaxní materiály z karbidu křemíku jsou základem pro vývoj zařízení z karbidu křemíku. Výkon epitaxních materiálů přímo určuje realizaci výkonu zařízení z karbidu křemíku.

Vysokoproudé a vysoce spolehlivé zařízení z karbidu křemíku kladou přísnější požadavky na morfologii povrchu, hustotu defektů, doping a stejnoměrnost tloušťky epitaxních materiálů. Velká velikost, nízká hustota defektů a vysoká uniformitaepitaxe karbidu křemíkuse stal klíčem k rozvoji průmyslu karbidu křemíku.

Příprava vysoce kvalitníepitaxe karbidu křemíkuvyžaduje pokročilé procesy a vybavení. Nejrozšířenější metodou epitaxního růstu karbidu křemíku je chemická depozice z plynné fáze (CVD), která má výhody přesné kontroly tloušťky epitaxního filmu a koncentrace dopingu, méně defektů, střední rychlost růstu a automatické řízení procesu. Je to spolehlivá technologie, která byla úspěšně komercializována.

CVD epitaxe z karbidu křemíku obecně používá zařízení CVD s horkou stěnou nebo teplou stěnou, které zajišťuje pokračování epitaxní vrstvy 4H krystalu SiC za podmínek vyšší teploty růstu (1500-1700 ℃). Po letech vývoje lze horkostěnné nebo teplostěnné CVD rozdělit na reaktory s horizontální horizontální strukturou a reaktory s vertikální vertikální strukturou podle vztahu mezi směrem toku vstupního plynu a povrchem substrátu.

Kvalita epitaxní pece z karbidu křemíku má především tři ukazatele. První je výkonnost epitaxního růstu, včetně stejnoměrnosti tloušťky, stejnoměrnosti dopingu, rychlosti defektů a rychlosti růstu; druhý je teplotní výkon samotného zařízení, včetně rychlosti ohřevu/chlazení, maximální teploty, rovnoměrnosti teploty; a konečně nákladovou výkonnost samotného zařízení, včetně jednotkové ceny a výrobní kapacity.

Rozdíly mezi třemi typy epitaxních růstových pecí z karbidu křemíku

Horizontální CVD s horkou stěnou, planetární CVD s teplou stěnou a vertikální CVD s kvazi horkou stěnou jsou hlavními technologickými řešeními epitaxních zařízení, která byla v této fázi komerčně aplikována. Tři technická zařízení mají také své vlastní charakteristiky a lze je vybrat podle potřeby. Schéma struktury je znázorněno na obrázku níže:

Horizontální CVD systém s horkou stěnou je obecně velkoplošný růstový systém s jedním plátkem poháněný vzduchovou flotací a rotací. Je snadné dosáhnout dobrých in-wafer indikátorů. Reprezentativní model je Pe1O6 společnosti LPE v Itálii. Tento stroj může realizovat automatické nakládání a vyjímání destiček při 900 ℃. Hlavními rysy jsou vysoká rychlost růstu, krátký epitaxní cyklus, dobrá konzistence uvnitř plátku a mezi pecemi atd. Má nejvyšší podíl na trhu v Číně

Podle oficiálních zpráv LPE v kombinaci s používáním hlavních uživatelů mohou produkty 100-150 mm (4-6 palců) 4H-SiC epitaxní destičky s tloušťkou menší než 30 μm vyráběné epitaxní pecí Pe1O6 stabilně dosahovat následujících ukazatelů: nerovnoměrnost epitaxní tloušťky uvnitř destičky ≤ 2 %, nerovnoměrnost koncentrace dopingu uvnitř destičky ≤ 5 %, hustota povrchových defektů ≤ 1 cm-2, plocha bez povrchových defektů (2 mm × 2 mm základní buňka) ≥ 90 %.

Domácí společnosti jako JSG, CETC 48, NAURA a NASO vyvinuly monolitické epitaxní zařízení z karbidu křemíku s podobnými funkcemi a dosáhly rozsáhlých dodávek. Například v únoru 2023 společnost JSG uvedla na trh 6palcové epitaxní zařízení SiC s dvojitým plátkem. Zařízení využívá horní a spodní vrstvy horní a spodní vrstvy grafitové části reakční komory k pěstování dvou epitaxních plátků v jedné peci a horní a spodní procesní plyny lze samostatně regulovat s teplotním rozdílem ≤ 5°C, což efektivně vyrovnává nevýhodu nedostatečné výrobní kapacity monolitických horizontálních epitaxních pecí. Klíčovým náhradním dílem jeSiC Coating Halfmoon Parts.Dodáváme uživatelům 6palcové a 8palcové části půlměsíce.

Teplostěnný planetový CVD systém s planetárním uspořádáním základny se vyznačuje růstem více waferů v jedné peci a vysokou výstupní účinností. Reprezentativními modely jsou epitaxní zařízení řady AIXG5WWC (8X150mm) a G10-SiC (9×150mm nebo 6×200mm) od německého Aixtronu.

Podle oficiální zprávy společnosti Aixtron mohou 6palcové 4H-SiC epitaxní wafer produkty o tloušťce 10μm vyrobené epitaxní pecí G10 stabilně dosahovat následujících ukazatelů: odchylka mezi waferovou epitaxní tloušťkou ±2,5 %, intra-wafer epitaxní tloušťka nestejnoměrnost 2 %, odchylka mezi destičkovou koncentrací dopingu ±5 %, nerovnoměrnost intrawaferové koncentrace dopingu <2 %.

Tento typ modelu je dosud domácími uživateli používán jen zřídka a data o sériové výrobě jsou nedostatečná, což do jisté míry omezuje jeho technické použití. Kromě toho, vzhledem k vysokým technickým překážkám epitaxních pecí s více pláty, pokud jde o teplotní pole a řízení průtokového pole, je vývoj podobného domácího zařízení stále ve fázi výzkumu a vývoje a neexistuje žádný alternativní model. ,můžeme poskytnout planetární susceptor Aixtron jako 6palcový a 8palcový s povlakem TaC nebo povlakem SiC.

Kvazi-horkostěnný vertikální CVD systém se otáčí hlavně vysokou rychlostí díky externí mechanické podpoře. Jeho charakteristikou je, že tloušťka viskózní vrstvy je účinně snížena nižším tlakem v reakční komoře, čímž se zvyšuje rychlost epitaxního růstu. Jeho reakční komora zároveň nemá horní stěnu, na kterou by se mohly ukládat částice SiC, a není snadné vyrábět padající předměty. Má neodmyslitelnou výhodu v kontrole defektů. Reprezentativními modely jsou jednoplátkové epitaxní pece EPIREVOS6 a EPIREVOS8 japonské Nuflare.

Podle Nuflare může rychlost růstu zařízení EPIREVOS6 dosáhnout více než 50 μm/h a hustotu povrchových defektů epitaxního plátku lze řídit pod 0,1 cm-²; pokud jde o kontrolu jednotnosti, inženýr společnosti Nuflare Yoshiaki Daigo oznámil výsledky jednotnosti uvnitř destičky 10μm tlusté 6palcové epitaxní destičky pěstované pomocí EPIREVOS6 a nerovnoměrnost tloušťky uvnitř destičky a nerovnoměrnosti koncentrace dopingu dosáhly 1 % a 2,6 %. Poskytujeme vysoce čisté grafitové díly potažené SiC, jako jsouHorní grafitový válec.

V současné době domácí výrobci zařízení, jako je Core Third Generation a JSG, navrhli a uvedli na trh epitaxní zařízení s podobnými funkcemi, která však nebyla ve velkém měřítku používána.

Obecně platí, že tyto tři typy zařízení mají své vlastní charakteristiky a zaujímají určitý podíl na trhu v různých aplikačních potřebách:

Horizontální CVD struktura s horkou stěnou se vyznačuje ultrarychlou rychlostí růstu, kvalitou a jednotností, jednoduchou obsluhou a údržbou zařízení a vyspělými aplikacemi ve velkém měřítku. Vzhledem k typu jednoho plátku a časté údržbě je však efektivita výroby nízká; planetární CVD s teplou stěnou obecně používá strukturu podnosů 6 (kus) × 100 mm (4 palce) nebo 8 (kus) × 150 mm (6 palců), což výrazně zlepšuje efektivitu výroby zařízení z hlediska výrobní kapacity, ale je obtížné kontrolovat konzistenci více kusů a stále je největším problémem výtěžnost výroby; vertikální CVD s kvazi horkými stěnami má složitou strukturu a kontrola kvality výroby epitaxních plátků je vynikající, což vyžaduje extrémně bohatou údržbu zařízení a zkušenosti s používáním.

S neustálým rozvojem průmyslu budou tyto tři typy zařízení iterativně optimalizovány a modernizovány, pokud jde o strukturu, a konfigurace zařízení bude stále dokonalejší a bude hrát důležitou roli při přizpůsobení specifikací epitaxních plátků s různými tloušťkami a požadavky na vady.