Laluan teknikal yang berbeza bagi relau pertumbuhan epitaxial SiC

Substrat silikon karbida mempunyai banyak kecacatan dan tidak boleh diproses secara langsung. Satu filem nipis kristal tunggal tertentu perlu ditanam pada mereka melalui proses epitaxial untuk membuat wafer cip. Filem nipis ini ialah lapisan epitaxial. Hampir semua peranti silikon karbida direalisasikan pada bahan epitaxial. Bahan epitaxial homogen silikon karbida berkualiti tinggi adalah asas untuk pembangunan peranti silikon karbida. Prestasi bahan epitaxial secara langsung menentukan realisasi prestasi peranti silikon karbida.

Peranti silikon karbida arus tinggi dan kebolehpercayaan tinggi telah mengemukakan keperluan yang lebih ketat pada morfologi permukaan, ketumpatan kecacatan, doping dan keseragaman ketebalan bahan epitaxial. Saiz besar, ketumpatan kecacatan rendah dan keseragaman tinggiepitaksi silikon karbidatelah menjadi kunci kepada pembangunan industri silikon karbida.

Penyediaan yang berkualiti tinggiepitaksi silikon karbidamemerlukan proses dan peralatan yang canggih. Kaedah pertumbuhan epitaxial silikon karbida yang paling banyak digunakan ialah pemendapan wap kimia (CVD), yang mempunyai kelebihan kawalan tepat ketebalan filem epitaxial dan kepekatan doping, kecacatan yang lebih sedikit, kadar pertumbuhan sederhana, dan kawalan proses automatik. Ia adalah teknologi yang boleh dipercayai yang telah berjaya dikomersialkan.

Epitaksi CVD silikon karbida biasanya menggunakan peralatan CVD dinding panas atau dinding hangat, yang memastikan penerusan lapisan epitaxial 4H kristal SiC di bawah keadaan suhu pertumbuhan yang lebih tinggi (1500-1700 ℃). Selepas bertahun-tahun pembangunan, dinding panas atau CVD dinding panas boleh dibahagikan kepada reaktor struktur mendatar mendatar dan reaktor struktur menegak menegak mengikut hubungan antara arah aliran gas masuk dan permukaan substrat.

Kualiti relau epitaxial silikon karbida terutamanya mempunyai tiga penunjuk. Yang pertama ialah prestasi pertumbuhan epitaxial, termasuk keseragaman ketebalan, keseragaman doping, kadar kecacatan dan kadar pertumbuhan; yang kedua ialah prestasi suhu peralatan itu sendiri, termasuk kadar pemanasan/penyejukan, suhu maksimum, keseragaman suhu; dan akhirnya prestasi kos peralatan itu sendiri, termasuk harga unit dan kapasiti pengeluaran.

Perbezaan antara tiga jenis relau pertumbuhan epitaxial silikon karbida

CVD mendatar dinding panas, CVD planet dinding panas dan CVD menegak dinding separa panas ialah penyelesaian teknologi peralatan epitaxial arus perdana yang telah digunakan secara komersial pada peringkat ini. Ketiga-tiga peralatan teknikal tersebut juga mempunyai ciri-ciri tersendiri dan boleh dipilih mengikut keperluan. Rajah struktur ditunjukkan dalam rajah di bawah:

Sistem CVD mendatar dinding panas biasanya merupakan sistem pertumbuhan saiz besar wafer tunggal yang didorong oleh pengapungan dan putaran udara. Adalah mudah untuk mencapai penunjuk dalam wafer yang baik. Model perwakilan ialah Pe1O6 Syarikat LPE di Itali. Mesin ini boleh merealisasikan pemuatan dan pemunggahan automatik wafer pada 900 ℃. Ciri-ciri utama ialah kadar pertumbuhan yang tinggi, kitaran epitaxial yang pendek, konsistensi yang baik dalam wafer dan antara relau, dll. Ia mempunyai bahagian pasaran tertinggi di China

Menurut laporan rasmi LPE, digabungkan dengan penggunaan pengguna utama, produk wafer epitaxial 100-150mm (4-6 inci) 4H-SiC dengan ketebalan kurang daripada 30μm yang dihasilkan oleh relau epitaxial Pe1O6 boleh mencapai petunjuk berikut secara stabil: ketebalan epitaxial intra-wafer tidak keseragaman ≤2%, kepekatan doping intra-wafer tidak keseragaman ≤5%, ketumpatan kecacatan permukaan ≤1cm-2, kawasan bebas kecacatan permukaan (sel unit 2mm×2mm) ≥90%.

Syarikat domestik seperti JSG, CETC 48, NAURA, dan NASO telah membangunkan peralatan epitaxial silikon karbida monolitik dengan fungsi yang serupa dan telah mencapai penghantaran berskala besar. Sebagai contoh, pada Februari 2023, JSG mengeluarkan peralatan epitaxial SiC wafer berkembar 6 inci. Peralatan menggunakan lapisan atas dan bawah lapisan atas dan bawah bahagian grafit ruang tindak balas untuk mengembangkan dua wafer epitaxial dalam satu relau, dan gas proses atas dan bawah boleh dikawal secara berasingan, dengan perbezaan suhu ≤ 5°C, yang secara berkesan mengimbangi kelemahan kapasiti pengeluaran yang tidak mencukupi bagi relau epitaxial mendatar monolitik. Alat ganti utama ialahBahagian Halfmoon Salutan SiC.Kami membekalkan bahagian halfmoon 6 inci dan 8 inci kepada pengguna.

Sistem CVD planet berdinding panas, dengan susunan planet asasnya, dicirikan oleh pertumbuhan berbilang wafer dalam satu relau dan kecekapan keluaran yang tinggi. Model perwakilan ialah peralatan epitaxial siri AIXG5WWC (8X150mm) dan G10-SiC (9×150mm atau 6×200mm) Aixtron dari Jerman.

Menurut laporan rasmi Aixtron, produk wafer epitaxial 4H-SiC 6-inci dengan ketebalan 10μm yang dihasilkan oleh relau epitaxial G10 secara stabil boleh mencapai petunjuk berikut: sisihan ketebalan epitaxial antara wafer ±2.5%, ketebalan epitaxial intra-wafer ketidakseragaman 2%, sisihan kepekatan doping antara wafer ±5%, kepekatan doping intra-wafer tidak keseragaman <2%.

Sehingga kini, model jenis ini jarang digunakan oleh pengguna domestik, dan data pengeluaran kelompok tidak mencukupi, yang pada tahap tertentu mengehadkan aplikasi kejuruteraannya. Di samping itu, disebabkan oleh halangan teknikal yang tinggi bagi relau epitaxial berbilang wafer dari segi medan suhu dan kawalan medan aliran, pembangunan peralatan domestik yang serupa masih dalam peringkat penyelidikan dan pembangunan, dan tiada model alternatif. Sementara itu , kami boleh menyediakan susceptor Planetary Aixtron seperti 6 inci dan 8 inci dengan lapisan TaC atau salutan SiC.

Sistem CVD menegak seakan-dinding panas terutamanya berputar pada kelajuan tinggi melalui bantuan mekanikal luaran. Cirinya ialah ketebalan lapisan likat dikurangkan dengan berkesan oleh tekanan ruang tindak balas yang lebih rendah, dengan itu meningkatkan kadar pertumbuhan epitaxial. Pada masa yang sama, ruang tindak balasnya tidak mempunyai dinding atas di mana zarah SiC boleh didepositkan, dan tidak mudah untuk menghasilkan objek yang jatuh. Ia mempunyai kelebihan yang wujud dalam kawalan kecacatan. Model perwakilan ialah relau epitaxial wafer tunggal EPIREVOS6 dan EPIREVOS8 Nuflare Jepun.

Menurut Nuflare, kadar pertumbuhan peranti EPIREVOS6 boleh mencapai lebih daripada 50μm/j, dan ketumpatan kecacatan permukaan wafer epitaxial boleh dikawal di bawah 0.1cm-²; dari segi kawalan keseragaman, jurutera Nuflare Yoshiaki Daigo melaporkan keputusan keseragaman intra-wafer bagi wafer epitaxial 6-inci tebal 10μm yang ditanam menggunakan EPIREVOS6, dan ketebalan intra-wafer dan ketidakseragaman kepekatan doping masing-masing mencapai 1% dan 2.6%. Kami menyediakan bahagian grafit ketulenan tinggi bersalut SiC sepertiSilinder Grafit Atas.

Pada masa ini, pengeluar peralatan domestik seperti Core Third Generation dan JSG telah mereka bentuk dan melancarkan peralatan epitaxial dengan fungsi yang sama, tetapi ia tidak digunakan secara besar-besaran.

Secara umum, ketiga-tiga jenis peralatan mempunyai ciri-ciri mereka sendiri dan menduduki bahagian pasaran tertentu dalam keperluan aplikasi yang berbeza:

Struktur CVD mendatar dinding panas mempunyai kadar pertumbuhan yang sangat pantas, kualiti dan keseragaman, operasi dan penyelenggaraan peralatan yang mudah, dan aplikasi pengeluaran berskala besar yang matang. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh jenis wafer tunggal dan penyelenggaraan yang kerap, kecekapan pengeluaran adalah rendah; CVD planet dinding hangat biasanya menggunakan struktur dulang 6 (keping) × 100 mm (4 inci) atau 8 (kepingan) × 150 mm (6 inci), yang meningkatkan kecekapan pengeluaran peralatan dari segi kapasiti pengeluaran, tetapi sukar untuk mengawal konsistensi berbilang kepingan, dan hasil pengeluaran masih menjadi masalah terbesar; CVD menegak dinding separa panas mempunyai struktur yang kompleks, dan kawalan kecacatan kualiti pengeluaran wafer epitaxial adalah sangat baik, yang memerlukan pengalaman penyelenggaraan dan penggunaan peralatan yang sangat kaya.

Dengan perkembangan industri yang berterusan, ketiga-tiga jenis peralatan ini akan dioptimumkan secara berulang dan dinaik taraf dari segi struktur, dan konfigurasi peralatan akan menjadi lebih dan lebih sempurna, memainkan peranan penting dalam memadankan spesifikasi wafer epitaxial dengan ketebalan yang berbeza dan keperluan kecacatan.