Diferite rute tehnice ale cuptorului de creștere epitaxială SiC

Substraturile cu carbură de siliciu au multe defecte și nu pot fi prelucrate direct. Un anumit film subțire de cristal unic trebuie să fie crescut pe ele printr-un proces epitaxial pentru a face napolitane. Acest film subțire este stratul epitaxial. Aproape toate dispozitivele cu carbură de siliciu sunt realizate pe materiale epitaxiale. Materialele epitaxiale omogene din carbură de siliciu de înaltă calitate stau la baza dezvoltării dispozitivelor cu carbură de siliciu. Performanța materialelor epitaxiale determină în mod direct realizarea performanței dispozitivelor cu carbură de siliciu.

Dispozitivele cu carbură de siliciu cu curent ridicat și de înaltă fiabilitate au prezentat cerințe mai stricte privind morfologia suprafeței, densitatea defectelor, dopajul și uniformitatea grosimii materialelor epitaxiale. Dimensiuni mari, densitate redusă a defectelor și uniformitate ridicatăepitaxie din carbură de siliciua devenit cheia dezvoltării industriei de carbură de siliciu.

Pregătirea de înaltă calitateepitaxie din carbură de siliciunecesită procese și echipamente avansate. Cea mai utilizată metodă de creștere epitaxială cu carbură de siliciu este depunerea chimică în vapori (CVD), care are avantajele unui control precis al grosimii filmului epitaxial și al concentrației de dopaj, mai puține defecte, rata de creștere moderată și controlul automat al procesului. Este o tehnologie de încredere care a fost comercializată cu succes.

Epitaxia CVD cu carbură de siliciu utilizează în general echipamente CVD cu perete fierbinte sau cu perete cald, care asigură continuarea stratului epitaxial de cristal 4H SiC în condiții de temperatură de creștere mai ridicată (1500-1700 ℃). După ani de dezvoltare, CVD cu perete fierbinte sau perete cald poate fi împărțit în reactoare cu structură orizontală orizontală și reactoare cu structură verticală verticală, în funcție de relația dintre direcția fluxului de gaz de intrare și suprafața substratului.

Calitatea cuptorului epitaxial cu carbură de siliciu are în principal trei indicatori. Prima este performanța creșterii epitaxiale, inclusiv uniformitatea grosimii, uniformitatea dopajului, rata defectelor și rata de creștere; a doua este performanța de temperatură a echipamentului în sine, inclusiv rata de încălzire/răcire, temperatura maximă, uniformitatea temperaturii; și, în final, performanța costurilor echipamentului în sine, inclusiv prețul unitar și capacitatea de producție.

Diferențele dintre trei tipuri de cuptoare de creștere epitaxiale cu carbură de siliciu

CVD orizontal cu perete fierbinte, CVD planetar cu perete cald și CVD vertical cu perete cvasi fierbinte sunt soluțiile tehnologice principale ale echipamentelor epitaxiale care au fost aplicate comercial în această etapă. Cele trei echipamente tehnice au si ele caracteristici proprii si pot fi selectate in functie de necesitati. Diagrama structurii este prezentată în figura de mai jos:

Sistemul CVD orizontal cu perete fierbinte este, în general, un sistem de creștere cu o singură napolitană de dimensiuni mari, condus de flotarea și rotația aerului. Este ușor să obțineți indicatori buni în vafer. Modelul reprezentativ este Pe1O6 al companiei LPE din Italia. Această mașină poate realiza încărcarea și descărcarea automată a napolitanelor la 900℃. Principalele caracteristici sunt rata mare de creștere, ciclu epitaxial scurt, consistență bună în napolitana și între cuptoare etc. Are cea mai mare cotă de piață din China.

Conform rapoartelor oficiale LPE, combinate cu utilizarea de către utilizatorii majori, produsele napolitane epitaxiale 4H-SiC de 100-150 mm (4-6 inchi) cu o grosime mai mică de 30 μm produse de cuptorul epitaxial Pe1O6 pot atinge în mod stabil următorii indicatori: grosimi epitaxiale intra-plachetă neuniformitate ≤2%, concentrație de dopaj intra-plachetă neuniformitate ≤5%, densitate defect de suprafață ≤1cm-2, zonă fără defecte de suprafață (celula unitară 2mm×2mm) ≥90%.

Companii interne precum JSG, CETC 48, NAURA și NASO au dezvoltat echipamente epitaxiale monolitice cu carbură de siliciu cu funcții similare și au realizat livrări la scară largă. De exemplu, în februarie 2023, JSG a lansat un echipament epitaxial de 6 inci cu plăci duble SiC. Echipamentul utilizează straturile superioare și inferioare ale straturilor superioare și inferioare ale părților din grafit ale camerei de reacție pentru a crește două plachete epitaxiale într-un singur cuptor, iar gazele de proces superioare și inferioare pot fi reglate separat, cu o diferență de temperatură ≤ 5°C, care compensează efectiv dezavantajul capacității de producție insuficiente a cuptoarelor epitaxiale orizontale monolitice. Piesa de schimb cheie estePiese semilună de acoperire SiC.Livrăm utilizatorilor piese semilună de 6 inch și 8 inch.

Sistemul planetar CVD cu perete cald, cu un aranjament planetar al bazei, se caracterizează prin creșterea mai multor napolitane într-un singur cuptor și eficiență ridicată de producție. Modelele reprezentative sunt echipamentele epitaxiale din seria AIXG5WWC (8X150mm) și G10-SiC (9×150mm sau 6×200mm) ale Aixtron din Germania.

Conform raportului oficial al Aixtron, produsele napolitane epitaxiale 4H-SiC de 6 inci cu o grosime de 10μm produse de cuptorul epitaxial G10 pot atinge în mod stabil următorii indicatori: abaterea grosimii epitaxiale inter-plachete de ± 2,5%, grosimea epitaxială intra-plachetă. neuniformitate de 2%, abaterea concentrației de dopaj inter-plachete de ±5%, neuniformitate a concentrației de dopaj intra-plachete <2%.

Până în prezent, acest tip de model este rar folosit de utilizatorii casnici, iar datele de producție în lot sunt insuficiente, ceea ce limitează într-o oarecare măsură aplicația sa de inginerie. În plus, din cauza barierelor tehnice ridicate ale cuptoarelor epitaxiale multiplachete în ceea ce privește câmpul de temperatură și controlul câmpului de curgere, dezvoltarea de echipamente casnice similare este încă în stadiul de cercetare și dezvoltare și nu există un model alternativ. Între timp Putem furniza susceptor planetar Aixtron de 6 inch și 8 inch cu acoperire TaC sau SiC.

Sistemul CVD vertical cu perete cvasi fierbinte se rotește în principal la viteză mare prin asistență mecanică externă. Caracteristica sa este că grosimea stratului vâscos este redusă efectiv printr-o presiune mai mică în camera de reacție, crescând astfel rata de creștere epitaxială. În același timp, camera sa de reacție nu are un perete superior pe care să poată fi depuse particule de SiC și nu este ușor să produci obiecte care cad. Are un avantaj inerent în controlul defectelor. Modelele reprezentative sunt cuptoarele epitaxiale cu o singură napolitană EPIREVOS6 și EPIREVOS8 ale companiei japoneze Nuflare.

Potrivit Nuflare, rata de creștere a dispozitivului EPIREVOS6 poate atinge mai mult de 50μm/h, iar densitatea defectelor de suprafață a plachetei epitaxiale poate fi controlată sub 0,1 cm-²; în ceea ce privește controlul uniformității, inginerul Nuflare Yoshiaki Daigo a raportat rezultatele uniformității intra-plachete ale unei plăci epitaxiale de 6 inci cu grosimea de 10 μm crescută folosind EPIREVOS6, iar grosimea intra-plachetă și neuniformitatea concentrației de dopaj au ajuns la 1% și, respectiv, 2,6%. Oferim piese de grafit de înaltă puritate acoperite cu SiC, cum ar fiCilindru de grafit superior.

În prezent, producătorii autohtoni de echipamente precum Core Third Generation și JSG au proiectat și lansat echipamente epitaxiale cu funcții similare, dar acestea nu au fost utilizate pe scară largă.

În general, cele trei tipuri de echipamente au propriile caracteristici și ocupă o anumită cotă de piață în diferite necesități de aplicare:

Structura CVD orizontală cu perete fierbinte prezintă o rată de creștere ultra-rapidă, calitate și uniformitate, operare și întreținere simplă a echipamentelor și aplicații mature de producție la scară largă. Cu toate acestea, datorită tipului cu o singură napolitană și întreținerii frecvente, eficiența producției este scăzută; CVD planetar cu perete cald adoptă în general o structură de tăvi de 6 (buc) × 100 mm (4 inchi) sau 8 (buc) × 150 mm (6 inchi), ceea ce îmbunătățește foarte mult eficiența de producție a echipamentului în ceea ce privește capacitatea de producție, dar este dificil de controlat consistența pieselor multiple, iar randamentul de producție este încă cea mai mare problemă; CVD vertical de perete cvasi-fierbinte are o structură complexă, iar controlul defectelor de calitate al producției de napolitane epitaxiale este excelent, ceea ce necesită o experiență de întreținere și utilizare extrem de bogată a echipamentelor.

Odată cu dezvoltarea continuă a industriei, aceste trei tipuri de echipamente vor fi optimizate și modernizate iterativ din punct de vedere al structurii, iar configurația echipamentului va deveni din ce în ce mai perfectă, jucând un rol important în potrivirea specificațiilor plachetelor epitaxiale cu grosimi diferite și cerințele defectelor.