Optimalizovaný a preložený obsah na zariadení na epitaxný rast z karbidu kremíka

Substráty z karbidu kremíka (SiC) majú množstvo defektov, ktoré bránia priamemu spracovaniu. Aby sa vytvorili doštičky čipov, musí sa na substráte SiC pomocou epitaxného procesu pestovať špecifický monokryštálový film. Tento film je známy ako epitaxná vrstva. Takmer všetky SiC zariadenia sú realizované na epitaxných materiáloch a vysokokvalitné homoepitaxiálne SiC materiály tvoria základ pre vývoj SiC zariadení. Výkon epitaxných materiálov priamo určuje výkon zariadení SiC.

Vysokoprúdové a vysoko spoľahlivé zariadenia SiC kladú prísne požiadavky na morfológiu povrchu, hustotu defektov, rovnomernosť dopingu a rovnomernosť hrúbkyepitaxnémateriálov. Dosiahnutie epitaxie SiC veľkých rozmerov, nízkej hustoty defektov a vysokej rovnomernosti sa stalo kritickým pre rozvoj priemyslu SiC.

Výroba vysokokvalitnej SiC epitaxie sa spolieha na pokročilé procesy a vybavenie. V súčasnosti je najpoužívanejšou metódou epitaxného rastu SiCChemická depozícia z pár (CVD).CVD ponúka presnú kontrolu nad hrúbkou epitaxného filmu a koncentráciou dopingu, nízku hustotu defektov, miernu rýchlosť rastu a automatizované riadenie procesu, vďaka čomu je spoľahlivou technológiou pre úspešné komerčné aplikácie.

SiC CVD epitaxiavo všeobecnosti používa zariadenie CVD s horúcou stenou alebo teplou stenou. Vysoké teploty rastu (1500–1700 °C) zaisťujú pokračovanie kryštalickej formy 4H-SiC. Na základe vzťahu medzi smerom prúdenia plynu a povrchom substrátu možno reakčné komory týchto CVD systémov rozdeliť na horizontálne a vertikálne štruktúry.

Kvalita epitaxných pecí SiC sa posudzuje hlavne podľa troch aspektov: výkonnosť epitaxného rastu (vrátane rovnomernosti hrúbky, rovnomernosti dopingu, rýchlosti defektov a rýchlosti rastu), teplotný výkon zariadenia (vrátane rýchlostí ohrevu/chladenia, maximálnej teploty a rovnomernosti teploty ), a efektívnosť nákladov (vrátane jednotkovej ceny a výrobnej kapacity).

Rozdiely medzi tromi typmi SiC epitaxných rastových pecí

1. Horúcostenné horizontálne CVD systémy:

-Vlastnosti:Vo všeobecnosti sa vyznačujú rastovými systémami veľkých rozmerov s jedným plátkom poháňaným rotáciou plynovej flotácie, čím sa dosahujú vynikajúce metriky medzi plátkami.

- Reprezentatívny model:LPE Pe1O6, schopný automatického vkladania/vykladania plátku pri 900 °C. Známy pre vysoké rýchlosti rastu, krátke epitaxné cykly a konzistentný výkon v rámci doštičiek a medzi sériami.

-Výkon:Pre 4-6 palcové 4H-SiC epitaxné doštičky s hrúbkou ≤ 30 μm dosahuje nerovnomernosť hrúbky medzi plátkami ≤ 2 %, nerovnomernosť koncentrácie dopingu ≤ 5 %, hustotu povrchových defektov ≤ 1 cm-² a bez defektov plocha povrchu (2 mm x 2 mm bunky) ≥ 90 %.

-Domáci výrobcovia: Spoločnosti ako Jingsheng Mechatronics, CETC 48, North Huachuang a Nasset Intelligent vyvinuli podobné epitaxné zariadenie SiC s jedným plátkom so zväčšenou produkciou.

2. Planetárne CVD systémy s teplou stenou:

-Vlastnosti:Použite základne planetárneho usporiadania na rast viacerých plátkov na dávku, čím sa výrazne zlepší efektívnosť výstupu.

-Reprezentatívne modely:Séria AIXG5WWC (8x150 mm) a G10-SiC (9x150 mm alebo 6x200 mm) od spoločnosti Aixtron.

-Výkon:V prípade 6-palcových 4H-SiC epitaxných plátkov s hrúbkou ≤ 10 μm sa dosahuje odchýlka hrúbky medzi plátkami ± 2,5 %, nerovnomernosť hrúbky vnútri plátku 2 %, odchýlka koncentrácie dopovania medzi plátkami ± 5 % a dopovanie vnútri plátku nerovnomernosť koncentrácie <2 %.

-Výzvy:Obmedzené prijatie na domácich trhoch kvôli nedostatku údajov o šaržovej výrobe, technickým prekážkam v riadení teploty a prietoku a pokračujúcemu výskumu a vývoju bez rozsiahlej implementácie.

3. Kvázi-horúce steny vertikálne CVD systémy:

- Vlastnosti:Využite externú mechanickú pomoc na vysokorýchlostnú rotáciu substrátu, zníženie hrúbky hraničnej vrstvy a zlepšenie rýchlosti epitaxného rastu, s inherentnými výhodami pri kontrole defektov.

- Reprezentatívne modely:Jednoplátkové EPIREVOS6 a EPIREVOS8 od Nuflare.

-Výkon:Dosahuje rýchlosti rastu nad 50 μm/h, kontrolu hustoty povrchových defektov pod 0,1 cm-² a nerovnomernosť hrúbky medzi plátkami a dopingovej koncentrácie 2,6 %, v tomto poradí.

-domáci rozvoj:Spoločnosti ako Xingsandai a Jingsheng Mechatronics navrhli podobné zariadenia, ale nedosiahli ich rozsiahle využitie.

Zhrnutie

Každý z troch štrukturálnych typov zariadení na epitaxný rast SiC má odlišné vlastnosti a zaberá špecifické segmenty trhu na základe požiadaviek aplikácie. Horizontálne CVD s horúcou stenou ponúka ultra rýchle rýchlosti rastu a vyváženú kvalitu a jednotnosť, ale má nižšiu efektivitu výroby v dôsledku spracovania jednej doštičky. Planetárne CVD s teplou stenou výrazne zvyšuje efektivitu výroby, ale čelí výzvam pri kontrole konzistencie viacerých plátkov. Kvázi-horúce stenové vertikálne CVD vyniká v kontrole defektov so zložitou štruktúrou a vyžaduje rozsiahle skúsenosti s údržbou a prevádzkou.

Ako sa priemysel vyvíja, iteratívna optimalizácia a upgrady v týchto štruktúrach zariadení povedú k čoraz prepracovanejším konfiguráciám, ktoré zohrávajú kľúčovú úlohu pri plnení rôznych špecifikácií epitaxných plátkov pre hrúbku a požiadavky na defekty.

Výhody a nevýhody rôznych SiC epitaxných rastových pecí

S neustálym vývojom priemyslu budú tieto tri typy zariadení prechádzať opakovanou štrukturálnou optimalizáciou a modernizáciou, čo povedie k čoraz rafinovanejším konfiguráciám, ktoré zodpovedajú rôznym špecifikáciám epitaxných plátkov pre hrúbku a požiadavky na defekty.