Olika tekniska vägar för SiC epitaxiell tillväxtugn

Kiselkarbidsubstrat har många defekter och kan inte bearbetas direkt. En specifik tunn enkristallfilm måste odlas på dem genom en epitaxiell process för att göra chipwafers. Denna tunna film är det epitaxiella lagret. Nästan alla kiselkarbidanordningar är realiserade på epitaxiella material. Högkvalitativa kiselkarbid homogena epitaxialmaterial är grunden för utvecklingen av kiselkarbidenheter. Prestandan hos epitaxiella material bestämmer direkt realiseringen av prestanda hos kiselkarbidanordningar.

Högströms- och högtillförlitliga kiselkarbidanordningar har lagt fram strängare krav på ytmorfologi, defektdensitet, dopning och tjocklekslikformighet hos epitaxiella material. Stor storlek, låg defektdensitet och hög enhetlighetkiselkarbidepitaxihar blivit nyckeln till utvecklingen av kiselkarbidindustrin.

Förberedelse av hög kvalitetkiselkarbidepitaxikräver avancerade processer och utrustning. Den mest använda epitaxiella tillväxtmetoden för kiselkarbid är kemisk ångavsättning (CVD), som har fördelarna med exakt kontroll av epitaxiell filmtjocklek och dopningskoncentration, färre defekter, måttlig tillväxthastighet och automatisk processkontroll. Det är en pålitlig teknik som framgångsrikt har kommersialiserats.

Kiselkarbid-CVD-epitaxi använder vanligtvis varmvägg- eller varmvägg-CVD-utrustning, vilket säkerställer fortsättningen av det epitaxiella lagret 4H kristall SiC under högre tillväxttemperaturförhållanden (1500-1700 ℃). Efter år av utveckling kan varmväggs- eller varmväggs-CVD delas in i horisontella horisontella strukturreaktorer och vertikala vertikala strukturreaktorer enligt förhållandet mellan riktningen för inloppsgasflödet och substratytan.

Kvaliteten på kiselkarbid epitaxial ugn har huvudsakligen tre indikatorer. Den första är den epitaxiella tillväxtprestandan, inklusive tjocklekslikformighet, dopningslikformighet, defekthastighet och tillväxthastighet; den andra är utrustningens temperaturprestanda, inklusive uppvärmnings-/kylningshastighet, maximal temperatur, temperaturlikformighet; och slutligen kostnadsprestanda för själva utrustningen, inklusive enhetspris och produktionskapacitet.

Skillnader mellan tre typer av epitaxiella tillväxtugnar av kiselkarbid

Varmvägg horisontell CVD, varmvägg planetär CVD och quasi-hot wall vertikal CVD är de vanliga epitaxiella utrustningsteknologilösningarna som har tillämpats kommersiellt i detta skede. De tre tekniska utrustningarna har också sina egna egenskaper och kan väljas efter behov. Strukturdiagrammet visas i figuren nedan:

Det horisontella CVD-systemet med varma väggar är i allmänhet ett tillväxtsystem i stor storlek med en skiva som drivs av luftflotation och rotation. Det är lätt att uppnå bra in-wafer-indikatorer. Den representativa modellen är Pe1O6 från LPE Company i Italien. Denna maskin kan realisera automatisk lastning och lossning av wafers vid 900 ℃. Huvuddragen är hög tillväxthastighet, kort epitaxiell cykel, bra konsistens inom wafern och mellan ugnar, etc. Den har den högsta marknadsandelen i Kina

Enligt officiella LPE-rapporter, i kombination med användningen av stora användare, kan 100-150 mm (4-6 tum) 4H-SiC epitaxiella waferprodukter med en tjocklek på mindre än 30 μm producerade av Pe1O6 epitaxialugnen stabilt uppnå följande indikatorer: intra-wafer epitaxiell tjocklek ojämnhet ≤2%, intra-wafer dopningskoncentration oenhetlighet ≤5%, ytdefektdensitet ≤1cm-2, ytdefektfri area (2mm×2mm enhetscell) ≥90%.

Inhemska företag som JSG, CETC 48, NAURA och NASO har utvecklat epitaxiutrustning av monolitisk kiselkarbid med liknande funktioner och har uppnått storskaliga leveranser. Till exempel, i februari 2023, släppte JSG en 6-tums dubbel-wafer SiC epitaxiell utrustning. Utrustningen använder de övre och nedre skikten av de övre och nedre skikten av grafitdelarna i reaktionskammaren för att odla två epitaxiella wafers i en enda ugn, och de övre och nedre processgaserna kan regleras separat, med en temperaturskillnad på ≤ 5°C, vilket effektivt kompenserar för nackdelen med otillräcklig produktionskapacitet för monolitiska horisontella epitaxialugnar. Den viktigaste reservdelen ärSiC-beläggning Halfmoon delar.Vi levererar 6-tums och 8-tums halvmånedelar till användarna.

Det varmväggiga planetariska CVD-systemet, med ett planetariskt arrangemang av basen, kännetecknas av tillväxten av flera wafers i en enda ugn och hög effekteffektivitet. Representativa modeller är AIXG5WWC (8X150 mm) och G10-SiC (9×150 mm eller 6×200 mm) serie epitaxiutrustning från Aixtron i Tyskland.

Enligt Aixtrons officiella rapport kan 6-tums 4H-SiC epitaxiella waferprodukter med en tjocklek på 10 μm som produceras av G10 epitaxialugnen stabilt uppnå följande indikatorer: epitaxiella tjockleksavvikelser mellan wafer på ±2,5 %, epitaxial tjocklek inom wafer olikformighet på 2 %, avvikelse mellan koncentrationen av doping mellan skivorna på ±5 %, olikformighet i dopningskoncentrationen mellan skivorna <2 %.

Hittills har denna typ av modell sällan använts av inhemska användare, och batchproduktionsdata är otillräckliga, vilket i viss mån begränsar dess tekniska tillämpning. Dessutom, på grund av de höga tekniska barriärerna för epitaxiugnar med flera skivor när det gäller temperaturfält och flödesfältkontroll, är utvecklingen av liknande hushållsutrustning fortfarande i forsknings- och utvecklingsstadiet, och det finns ingen alternativ modell. Under tiden , vi kan tillhandahålla Aixtron Planetary susceptor som 6 tum och 8 tum med TaC-beläggning eller SiC-beläggning.

Det quasi-hot-wall vertikala CVD-systemet roterar huvudsakligen med hög hastighet genom extern mekanisk assistans. Dess kännetecken är att tjockleken på det viskösa skiktet effektivt reduceras av ett lägre reaktionskammartryck, vilket ökar den epitaxiella tillväxthastigheten. Samtidigt har dess reaktionskammare ingen övre vägg på vilken SiC-partiklar kan avsättas, och det är inte lätt att producera fallande föremål. Det har en inneboende fördel i defektkontroll. Representativa modeller är epitaxialugnarna EPIREVOS6 och EPIREVOS8 från japanska Nuflare.

Enligt Nuflare kan tillväxthastigheten för EPIREVOS6-enheten nå mer än 50 μm/h, och ytdefektdensiteten hos den epitaxiella skivan kan kontrolleras under 0,1 cm-²; När det gäller enhetlighetskontroll rapporterade Nuflare-ingenjören Yoshiaki Daigo resultaten för intrawafer-likformighet för en 10 μm tjock 6-tums epitaxial wafer odlad med EPIREVOS6, och intra-wafer-tjockleken och olikformigheten i dopningskoncentrationen nådde 1% respektive 2,6%. Vi tillhandahåller SiC-belagda grafitdelar med hög renhet somÖvre grafitcylinder.

För närvarande har inhemska utrustningstillverkare som Core Third Generation och JSG designat och lanserat epitaxiell utrustning med liknande funktioner, men de har inte använts i stor skala.

I allmänhet har de tre typerna av utrustning sina egna egenskaper och upptar en viss marknadsandel i olika applikationsbehov:

Den horisontella CVD-strukturen med het vägg har ultrasnabb tillväxthastighet, kvalitet och enhetlighet, enkel drift och underhåll av utrustningen och mogna storskaliga produktionsapplikationer. På grund av enkelskivans typ och frekvent underhåll är produktionseffektiviteten dock låg; den varma väggen planetariska CVD antar i allmänhet en brickstruktur på 6 (bit) × 100 mm (4 tum) eller 8 (bit) × 150 mm (6 tum), vilket avsevärt förbättrar utrustningens produktionseffektivitet när det gäller produktionskapacitet, men det är svårt att kontrollera konsistensen av flera stycken, och produktionsutbytet är fortfarande det största problemet; den quasi-hot wall vertikala CVD har en komplex struktur, och kvalitetsdefektkontrollen av den epitaxiella waferproduktionen är utmärkt, vilket kräver extremt rik utrustningsunderhåll och användningserfarenhet.

Med den kontinuerliga utvecklingen av branschen kommer dessa tre typer av utrustning iterativt att optimeras och uppgraderas när det gäller struktur, och utrustningskonfigurationen kommer att bli mer och mer perfekt, vilket spelar en viktig roll för att matcha specifikationerna för epitaxiella wafers med olika tjocklekar och defektkrav.