Forskellige tekniske ruter for SiC epitaksial vækstovn

Siliciumcarbidsubstrater har mange defekter og kan ikke behandles direkte. En specifik enkelt krystal tynd film skal dyrkes på dem gennem en epitaksial proces for at lave chip wafers. Denne tynde film er det epitaksiale lag. Næsten alle siliciumcarbidenheder er realiseret på epitaksiale materialer. Højkvalitets siliciumcarbid homogene epitaksiale materialer er grundlaget for udviklingen af ​​siliciumcarbid enheder. Ydeevnen af ​​epitaksiale materialer bestemmer direkte realiseringen af ​​ydeevnen af ​​siliciumcarbidenheder.

Siliciumcarbidenheder med høj strømstyrke og høj pålidelighed har stillet strengere krav til overflademorfologi, defektdensitet, doping og tykkelsesensartethed af epitaksiale materialer. Stor størrelse, lav defekttæthed og høj ensartethedsiliciumcarbid epitaksier blevet nøglen til udviklingen af ​​siliciumcarbidindustrien.

Udarbejdelse af høj kvalitetsiliciumcarbid epitaksikræver avancerede processer og udstyr. Den mest udbredte epitaksielle vækstmetode af siliciumcarbid er kemisk dampaflejring (CVD), som har fordelene ved præcis kontrol af epitaksial filmtykkelse og dopingkoncentration, færre defekter, moderat væksthastighed og automatisk proceskontrol. Det er en pålidelig teknologi, der med succes er blevet kommercialiseret.

Siliciumcarbid CVD-epitaksi bruger generelt varmvæg- eller varmvæg-CVD-udstyr, som sikrer fortsættelsen af ​​det epitaksiale lag 4H krystal SiC under højere væksttemperaturforhold (1500-1700 ℃). Efter flere års udvikling kan varmvægs- eller varmvægs-CVD opdeles i vandrette horisontale strukturreaktorer og vertikale vertikale strukturreaktorer i henhold til forholdet mellem retningen af ​​indløbsgasstrømmen og substratoverfladen.

Kvaliteten af ​​siliciumcarbid epitaksial ovn har hovedsageligt tre indikatorer. Den første er den epitaksielle vækstydelse, herunder tykkelsesensartethed, dopingensartethed, defekthastighed og væksthastighed; den anden er selve udstyrets temperaturydelse, herunder opvarmnings-/afkølingshastighed, maksimal temperatur, temperaturensartethed; og endelig omkostningsydelsen af ​​selve udstyret, herunder enhedspris og produktionskapacitet.

Forskelle mellem tre typer epitaksiale vækstovne af siliciumcarbid

Hot wall horisontal CVD, varmvæg planetarisk CVD og quasi-hot wall vertikal CVD er de almindelige epitaksiale udstyrsteknologiløsninger, der er blevet kommercielt anvendt på dette stadium. De tre tekniske udstyr har også deres egne karakteristika og kan vælges efter behov. Strukturdiagrammet er vist i figuren nedenfor:

Det vandrette CVD-system med varme vægge er generelt et enkelt-wafer-vækstsystem i stor størrelse drevet af luftflotation og -rotation. Det er nemt at opnå gode in-wafer-indikatorer. Den repræsentative model er Pe1O6 fra LPE Company i Italien. Denne maskine kan realisere automatisk ind- og udlæsning af wafere ved 900 ℃. Hovedtrækkene er høj vækstrate, kort epitaksial cyklus, god konsistens i waferen og mellem ovne osv. Den har den højeste markedsandel i Kina

Ifølge LPEs officielle rapporter, kombineret med brugen af ​​større brugere, kan 100-150 mm (4-6 tommer) 4H-SiC epitaksiale waferprodukter med en tykkelse på mindre end 30μm produceret af Pe1O6 epitaksialovnen stabilt opnå følgende indikatorer: intra-wafer epitaksial tykkelse uensartethed ≤2%, intra-wafer dopingkoncentration uensartethed ≤5%, overfladedefektdensitet ≤1cm-2, overfladedefektfrit område (2mm×2mm enhedscelle) ≥90%.

Indenlandske virksomheder som JSG, CETC 48, NAURA og NASO har udviklet monolitisk siliciumcarbid epitaksialudstyr med lignende funktioner og har opnået store forsendelser. For eksempel frigav JSG i februar 2023 et 6-tommers SiC-epitaksialt udstyr med dobbelt wafer. Udstyret bruger de øvre og nedre lag af de øvre og nedre lag af grafitdelene af reaktionskammeret til at dyrke to epitaksiale wafere i en enkelt ovn, og de øvre og nedre procesgasser kan reguleres separat med en temperaturforskel på ≤ 5°C, hvilket effektivt opvejer ulempen ved utilstrækkelig produktionskapacitet af monolitiske horisontale epitaksiale ovne. Den vigtigste reservedel erSiC Coating Halfmoon Dele.Vi leverer 6 tommer og 8 tommer halvmånedele til brugerne.

Det varmevæggede planetariske CVD-system, med et planetarisk arrangement af basen, er kendetegnet ved væksten af ​​flere wafers i en enkelt ovn og høj outputeffektivitet. Repræsentative modeller er AIXG5WWC (8X150 mm) og G10-SiC (9×150 mm eller 6×200 mm) serie epitaksialudstyr fra Aixtron i Tyskland.

Ifølge Aixtrons officielle rapport kan 6-tommers 4H-SiC epitaksiale waferprodukter med en tykkelse på 10μm produceret af G10 epitaksial ovnen stabilt opnå følgende indikatorer: inter-wafer epitaksial tykkelse afvigelse på ±2,5%, intra-wafer epitaksial tykkelse uensartethed på 2 %, interwafer-dopingkoncentrationsafvigelse på ±5 %, intra-wafer-dopingkoncentration uensartethed <2%.

Indtil nu er denne type model sjældent brugt af indenlandske brugere, og batchproduktionsdataene er utilstrækkelige, hvilket til en vis grad begrænser dens tekniske anvendelse. På grund af de høje tekniske barrierer for epitaksiale ovne med flere wafere med hensyn til temperaturfelt- og flowfeltkontrol er udviklingen af ​​lignende husholdningsudstyr stadig i forsknings- og udviklingsstadiet, og der er ingen alternativ model.I mellemtiden , vi kan levere Aixtron Planetary susceptor som 6 tommer og 8 tommer med TaC coating eller SiC coating.

Det quasi-hot-wall vertikale CVD-system roterer hovedsageligt med høj hastighed gennem ekstern mekanisk assistance. Dets karakteristika er, at tykkelsen af ​​det viskøse lag effektivt reduceres af et lavere reaktionskammertryk, hvorved den epitaksiale væksthastighed øges. Samtidig har dets reaktionskammer ikke en øvre væg, hvorpå SiC-partikler kan aflejres, og det er ikke let at producere faldende genstande. Det har en iboende fordel i defektkontrol. Repræsentative modeller er epitaksialovne med enkelt wafer EPIREVOS6 og EPIREVOS8 fra Japans Nuflare.

Ifølge Nuflare kan væksthastigheden af ​​EPIREVOS6-enheden nå mere end 50μm/h, og overfladedefektdensiteten af ​​den epitaksiale wafer kan kontrolleres under 0,1 cm-²; med hensyn til ensartethedskontrol rapporterede Nuflare-ingeniør Yoshiaki Daigo intra-wafer-ensartethedsresultaterne af en 10μm tyk 6-tommer epitaksial wafer dyrket ved hjælp af EPIREVOS6, og intra-wafer-tykkelsen og dopingkoncentrationens uensartethed nåede henholdsvis 1% og 2,6%. Vi leverer SiC-belagte grafitdele med høj renhedØvre grafitcylinder.

På nuværende tidspunkt har indenlandske udstyrsproducenter som Core Third Generation og JSG designet og lanceret epitaksialt udstyr med lignende funktioner, men de er ikke blevet brugt i stor skala.

Generelt har de tre typer udstyr deres egne karakteristika og optager en vis markedsandel i forskellige anvendelsesbehov:

Den vandrette CVD-struktur med varme vægge har ultrahurtig væksthastighed, kvalitet og ensartethed, enkel betjening og vedligeholdelse af udstyr og modne produktionsapplikationer i stor skala. På grund af single-wafer-typen og hyppig vedligeholdelse er produktionseffektiviteten dog lav; den varmevægge planetariske CVD anvender generelt en bakkestruktur på 6 (stykke) × 100 mm (4 tommer) eller 8 (stykke) × 150 mm (6 tommer), hvilket i høj grad forbedrer udstyrets produktionseffektivitet med hensyn til produktionskapacitet, men det er svært at kontrollere konsistensen af ​​flere stykker, og produktionsudbyttet er stadig det største problem; den quasi-hot wall vertikale CVD har en kompleks struktur, og kvalitetsfejlkontrollen af ​​den epitaksiale waferproduktion er fremragende, hvilket kræver ekstrem rig udstyrsvedligeholdelse og brugserfaring.

Med den fortsatte udvikling af industrien vil disse tre typer udstyr blive iterativt optimeret og opgraderet med hensyn til struktur, og udstyrskonfigurationen vil blive mere og mere perfekt, hvilket spiller en vigtig rolle i at matche specifikationerne for epitaksiale wafere med forskellige tykkelser og defektkrav.