Различни технически пътища на пещ за епитаксиален растеж на SiC

Субстратите от силициев карбид имат много дефекти и не могат да се обработват директно. Специфичен монокристален тънък филм трябва да бъде отгледан върху тях чрез епитаксиален процес, за да се направят чипове. Този тънък филм е епитаксиалният слой. Почти всички устройства от силициев карбид са реализирани върху епитаксиални материали. Висококачествените хомогенни епитаксиални материали от силициев карбид са основата за разработването на устройства от силициев карбид. Ефективността на епитаксиалните материали директно определя реализацията на производителността на устройствата от силициев карбид.

Устройствата от силициев карбид с висок ток и висока надеждност са поставили по-строги изисквания за морфологията на повърхността, плътността на дефектите, легирането и еднородността на дебелината на епитаксиалните материали. Голям размер, ниска плътност на дефекти и висока еднородностсилициев карбид епитаксиясе превърна в ключ към развитието на производството на силициев карбид.

Подготовката на високо качествосилициев карбид епитаксияизисква усъвършенствани процеси и оборудване. Най-широко използваният метод за епитаксиален растеж на силициев карбид е химическо отлагане на пари (CVD), което има предимствата на прецизен контрол на дебелината на епитаксиалния филм и концентрацията на допинг, по-малко дефекти, умерена скорост на растеж и автоматичен контрол на процеса. Това е надеждна технология, която е успешно комерсиализирана.

CVD епитаксията със силициев карбид обикновено използва CVD оборудване с гореща стена или топла стена, което гарантира продължаването на епитаксиалния слой 4H кристал SiC при условия на по-висока температура на растеж (1500-1700 ℃). След години на развитие CVD с гореща стена или топла стена може да бъде разделен на реактори с хоризонтална хоризонтална структура и реактори с вертикална вертикална структура според връзката между посоката на входящия газов поток и повърхността на субстрата.

Качеството на епитаксиалната пещ от силициев карбид има главно три показателя. Първият е ефективността на епитаксиалния растеж, включително равномерност на дебелината, равномерност на допинга, процент на дефекти и скорост на растеж; втората е температурната производителност на самото оборудване, включително скорост на нагряване/охлаждане, максимална температура, равномерност на температурата; и накрая разходните характеристики на самото оборудване, включително единична цена и производствен капацитет.

Разлики между три вида пещи за епитаксиален растеж от силициев карбид

Хоризонтална CVD с гореща стена, планетарна CVD с топла стена и вертикална CVD с квази-гореща стена са основните технологични решения за епитаксиално оборудване, които са комерсиално приложени на този етап. Трите технически съоръжения също имат свои собствени характеристики и могат да бъдат избрани според нуждите. Структурната схема е показана на фигурата по-долу:

Хоризонталната CVD система с гореща стена обикновено е система за растеж с голям размер с една пластина, задвижвана от въздушна флотация и въртене. Лесно се постигат добри показатели във вафлите. Представителният модел е Pe1O6 на LPE Company в Италия. Тази машина може да реализира автоматично зареждане и разтоварване на вафли при 900 ℃. Основните характеристики са висока скорост на растеж, кратък епитаксиален цикъл, добра консистенция в пластината и между пещите и т.н. Има най-висок пазарен дял в Китай

Според официалните доклади на LPE, комбинирани с използването на основните потребители, 100-150 mm (4-6 инча) 4H-SiC епитаксиални вафли с дебелина по-малка от 30 μm, произведени от епитаксиалната пещ Pe1O6, могат стабилно да постигнат следните показатели: неравномерност на епитаксиалната дебелина на вътрешната пластина ≤2%, неравномерност на концентрацията на допинг във вътрешността на пластината ≤5%, плътност на повърхностния дефект ≤1cm-2, площ без дефекти на повърхността (2mm×2mm единична клетка) ≥90%.

Местни компании като JSG, CETC 48, NAURA и NASO са разработили монолитно епитаксиално оборудване от силициев карбид с подобни функции и са постигнали мащабни доставки. Например през февруари 2023 г. JSG пусна 6-инчово епитаксиално оборудване от SiC с двойна пластина. Оборудването използва горните и долните слоеве на горните и долните слоеве на графитните части на реакционната камера за отглеждане на две епитаксиални пластини в една пещ, а горните и долните технологични газове могат да се регулират отделно с температурна разлика от ≤ 5°C, което ефективно компенсира недостатъка на недостатъчния производствен капацитет на монолитните хоризонтални епитаксиални пещи. Ключовата резервна част еSiC покритие Halfmoon части.Доставяме на потребителите 6-инчови и 8-инчови полумесец части.

Планетарната CVD система с топла стена, с планетарно разположение на основата, се характеризира с растеж на множество пластини в една пещ и висока ефективност на изхода. Представителни модели са серията епитаксиално оборудване AIXG5WWC (8X150 mm) и G10-SiC (9 × 150 mm или 6 × 200 mm) на Aixtron от Германия.

Според официалния доклад на Aixtron, 6-инчовите 4H-SiC епитаксиални пластини с дебелина 10 μm, произведени от епитаксиалната пещ G10, могат стабилно да постигнат следните показатели: отклонение на епитаксиалната дебелина между пластините от ±2,5%, епитаксиална дебелина на вътрешната пластина неравномерност от 2%, отклонение на концентрацията на допинг между пластините ±5%, неравномерност на концентрацията на допинг във вътрешността на пластините <2%.

Досега този тип модел рядко се използва от домашни потребители, а данните за серийното производство са недостатъчни, което до известна степен ограничава инженерното му приложение. В допълнение, поради високите технически бариери на епитаксиалните пещи с множество пластини по отношение на температурното поле и контрола на полето на потока, разработването на подобно домашно оборудване все още е в етап на изследване и развитие и няма алтернативен модел. Междувременно , можем да предоставим планетарен ток Aixtron като 6 инча и 8 инча с TaC покритие или SiC покритие.

Вертикалната CVD система с квази-гореща стена се върти главно с висока скорост чрез външна механична помощ. Неговата характеристика е, че дебелината на вискозния слой е ефективно намалена чрез по-ниско налягане в реакционната камера, като по този начин се увеличава скоростта на епитаксиален растеж. В същото време неговата реакционна камера няма горна стена, върху която могат да се отлагат SiC частици, и не е лесно да се произвеждат падащи предмети. Той има присъщо предимство при контрола на дефектите. Представителни модели са епитаксиалните пещи с една пластина EPIREVOS6 и EPIREVOS8 на японската Nuflare.

Според Nuflare скоростта на растеж на устройството EPIREVOS6 може да достигне повече от 50 μm/h, а плътността на повърхностните дефекти на епитаксиалната пластина може да се контролира под 0,1 cm-²; по отношение на контрола на еднородността, инженерът на Nuflare Yoshiaki Daigo докладва резултатите за еднаквост във вътрешността на пластината на 10μm дебела 6-инчова епитаксиална пластина, отгледана с помощта на EPIREVOS6, и неравномерността на дебелината на вътрешната пластина и концентрацията на допинг достигна съответно 1% и 2,6%. Ние предлагаме части от графит с висока чистота, покрити със SiCГорен графитен цилиндър.

Понастоящем местни производители на оборудване като Core Third Generation и JSG са проектирали и пуснали епитаксиално оборудване с подобни функции, но те не са били използвани в голям мащаб.

Като цяло трите типа оборудване имат свои собствени характеристики и заемат определен пазарен дял при различни нужди на приложенията:

Хоризонталната CVD структура с гореща стена се отличава с ултра бърз темп на растеж, качество и еднородност, проста работа и поддръжка на оборудването и зрели широкомащабни производствени приложения. Въпреки това, поради типа на единична пластина и честата поддръжка, ефективността на производството е ниска; планетарният CVD с топла стена обикновено приема структура на тава с размери 6 (парче) × 100 mm (4 инча) или 8 (парче) × 150 mm (6 инча), което значително подобрява производствената ефективност на оборудването по отношение на производствения капацитет, но трудно е да се контролира консистенцията на множество парчета, а производственият добив все още е най-големият проблем; вертикалната CVD с квази-гореща стена има сложна структура и контролът на дефектите на качеството при производството на епитаксиални пластини е отличен, което изисква изключително богат опит в поддръжката и използването на оборудването.

С непрекъснатото развитие на индустрията, тези три типа оборудване ще бъдат итеративно оптимизирани и надграждани по отношение на структурата, а конфигурацията на оборудването ще става все по-съвършена, играейки важна роля за съвпадение на спецификациите на епитаксиалните пластини с различни дебелини и изисквания за дефекти.