Оптимизирано и преведено съдържание на оборудване за епитаксиален растеж на силициев карбид

Субстратите от силициев карбид (SiC) имат множество дефекти, които възпрепятстват директната обработка. За да се създадат пластини с чип, специфичен монокристален филм трябва да бъде отгледан върху SiC субстрат чрез епитаксиален процес. Този филм е известен като епитаксиален слой. Почти всички SiC устройства са реализирани върху епитаксиални материали, а висококачествените хомоепитаксиални SiC материали формират основата за разработване на SiC устройства. Ефективността на епитаксиалните материали директно определя производителността на SiC устройствата.

Високотокови и високонадеждни SiC устройства налагат строги изисквания към морфологията на повърхността, плътността на дефектите, еднородността на допинга и еднаквостта на дебелината наепитаксиаленматериали. Постигането на голям размер, ниска плътност на дефектите и висока еднородност на SiC епитаксия стана критично за развитието на SiC индустрията.

Производството на висококачествена SiC епитаксия разчита на съвременни процеси и оборудване. Понастоящем най-широко използваният метод за епитаксиален растеж на SiC еХимично отлагане на пари (CVD).CVD предлага прецизен контрол върху дебелината на епитаксиалния филм и концентрацията на допинг, ниска плътност на дефектите, умерена скорост на растеж и автоматизиран контрол на процеса, което го прави надеждна технология за успешни търговски приложения.

SiC CVD епитаксияобикновено използва CVD оборудване с горещи или топли стени. Високите температури на растеж (1500–1700°C) осигуряват продължаването на кристалната форма 4H-SiC. Въз основа на връзката между посоката на газовия поток и повърхността на субстрата, реакционните камери на тези CVD системи могат да бъдат класифицирани в хоризонтални и вертикални структури.

Качеството на SiC епитаксиалните пещи се оценява главно по три аспекта: ефективност на епитаксиален растеж (включително еднородност на дебелината, еднородност на допинга, процент на дефекти и скорост на растеж), температурни характеристики на оборудването (включително скорости на нагряване/охлаждане, максимална температура и еднородност на температурата ) и рентабилност (включително единична цена и производствен капацитет).

Разлики между три вида пещи за епитаксиален растеж на SiC

1. Хоризонтални CVD системи с гореща стена:

-Характеристики:Като цяло разполагат с системи за растеж с голям размер с една пластина, задвижвани от въртене на газовата флотация, постигайки отлични показатели за вътрешна пластина.

-Представителен модел:Pe1O6 на LPE, способен на автоматизирано зареждане/разтоварване на пластини при 900°C. Известен с високи темпове на растеж, кратки епитаксиални цикли и постоянна производителност в рамките на пластината и между сериите.

-Изпълнение:За 4-6 инчови 4H-SiC епитаксиални пластини с дебелина ≤30 μm се постига неравномерност на дебелината на вътрешната пластина ≤2%, нееднородност на концентрацията на допинг ≤5%, плътност на повърхностните дефекти ≤1 cm-² и без дефекти повърхностна площ (2mm×2mm клетки) ≥90%.

-Местни производители: Компании като Jingsheng Mechatronics, CETC 48, North Huachuang и Nasset Intelligent са разработили подобно епитаксиално оборудване за SiC с една пластина с увеличено производство.

2. Планетарни CVD системи с топла стена:

-Характеристики:Използвайте планетарни основи за подреждане за растеж на множество пластини на партида, като значително подобрявате ефективността на изхода.

-Представителни модели:Серията AIXG5WWC (8x150mm) и G10-SiC (9x150mm или 6x200mm) на Aixtron.

-Изпълнение:За 6-инчови 4H-SiC епитаксиални пластини с дебелина ≤10 μm се постига отклонение в дебелината на пластините ±2,5%, неравномерност на дебелината на пластините 2%, отклонение на концентрацията на легиране между пластините ±5% и легиране в рамките на пластините неравномерност на концентрацията <2%.

-Предизвикателства:Ограничено приемане на вътрешните пазари поради липса на данни за партидно производство, технически бариери при контрол на температурата и полето на потока и текуща научноизследователска и развойна дейност без широкомащабно внедряване.

3. Вертикални CVD системи с квази-горещи стени:

- Характеристики:Използвайте външна механична помощ за високоскоростно въртене на субстрата, намаляване на дебелината на граничния слой и подобряване на скоростта на епитаксиален растеж, с присъщи предимства при контрола на дефектите.

- Представителни модели:Единична вафла EPIREVOS6 и EPIREVOS8 на Nuflare.

-Изпълнение:Постига скорости на растеж над 50 μm/h, контрол на плътността на повърхностните дефекти под 0,1 cm-² и неравномерност на дебелината на пластината и концентрацията на допинг съответно от 1% и 2,6%.

-Вътрешно развитие:Компании като Xingsandai и Jingsheng Mechatronics са проектирали подобно оборудване, но не са постигнали широкомащабно използване.

Резюме

Всеки от трите структурни типа оборудване за епитаксиален растеж на SiC има различни характеристики и заема специфични пазарни сегменти въз основа на изискванията на приложението. Хоризонталната CVD с гореща стена предлага ултра бързи темпове на растеж и балансирано качество и еднородност, но има по-ниска производствена ефективност поради обработката на единична пластина. Планетарният CVD с топла стена значително повишава ефективността на производството, но е изправен пред предизвикателства при контрола на консистенцията на много вафли. Вертикалната CVD с квази-гореща стена се отличава с контрол на дефекти със сложна структура и изисква обширна поддръжка и оперативен опит.

Тъй като индустрията се развива, итеративната оптимизация и надстройките в тези структури на оборудването ще доведат до все по-прецизни конфигурации, играещи решаваща роля в постигането на различни спецификации за епитаксиални пластини за дебелина и изисквания за дефекти.

Предимства и недостатъци на различни пещи за епитаксиален растеж на SiC

С непрекъснатото развитие на индустрията, тези три типа оборудване ще претърпят итеративна структурна оптимизация и надстройки, което ще доведе до все по-усъвършенствани конфигурации, които съответстват на различни спецификации на епитаксиални пластини за дебелина и изисквания за дефекти.