Različne tehnične poti SiC epitaksialne rastne peči

Podlage iz silicijevega karbida imajo veliko napak in jih ni mogoče neposredno obdelati. Na njih je treba z epitaksialnim postopkom vzgojiti specifičen monokristalni tanek film, da bi izdelali rezine čipov. Ta tanek film je epitaksialna plast. Skoraj vse naprave iz silicijevega karbida so izdelane na epitaksialnih materialih. Visokokakovostni homogeni epitaksialni materiali iz silicijevega karbida so osnova za razvoj naprav iz silicijevega karbida. Učinkovitost epitaksialnih materialov neposredno določa uresničitev zmogljivosti naprav iz silicijevega karbida.

Visokotokovne in visoko zanesljive naprave iz silicijevega karbida so postavile strožje zahteve glede površinske morfologije, gostote napak, dopinga in enakomernosti debeline epitaksialnih materialov. Velika velikost, nizka gostota napak in visoka enakomernostepitaksija iz silicijevega karbidaje postal ključ do razvoja industrije silicijevega karbida.

Priprava visoke kakovostiepitaksija iz silicijevega karbidazahteva napredne procese in opremo. Najpogosteje uporabljena metoda epitaksialne rasti silicijevega karbida je kemično naparjevanje (CVD), ki ima prednosti natančnega nadzora debeline epitaksialne plasti in koncentracije dopinga, manj napak, zmerne stopnje rasti in samodejnega nadzora procesa. Gre za zanesljivo tehnologijo, ki je bila uspešno komercializirana.

CVD epitaksija iz silicijevega karbida na splošno uporablja CVD opremo z vročo steno ali toplo steno, ki zagotavlja nadaljevanje epitaksialne plasti 4H kristalnega SiC pri višjih temperaturnih pogojih rasti (1500-1700 ℃). Po letih razvoja lahko CVD z vročo steno ali toplo steno razdelimo na reaktorje z vodoravno vodoravno strukturo in reaktorje z navpično navpično strukturo glede na razmerje med smerjo vstopnega toka plina in površino substrata.

Kakovost epitaksialne peči iz silicijevega karbida ima predvsem tri kazalnike. Prva je učinkovitost epitaksialne rasti, vključno z enakomernostjo debeline, enakomernostjo dopinga, stopnjo napak in stopnjo rasti; drugo je temperaturna zmogljivost same opreme, vključno s hitrostjo ogrevanja/hlajenja, najvišjo temperaturo, enakomernostjo temperature; in končno stroškovna učinkovitost same opreme, vključno s ceno na enoto in proizvodno zmogljivostjo.

Razlike med tremi vrstami epitaksialnih rastnih peči iz silicijevega karbida

Horizontalna CVD z vročo steno, planetarna CVD s toplo steno in navpična CVD s kvazi vročo steno so glavne tehnološke rešitve epitaksialne opreme, ki so bile komercialno uporabljene na tej stopnji. Tudi tri tehnične opreme imajo svoje značilnosti in jih je mogoče izbrati glede na potrebe. Diagram strukture je prikazan na spodnji sliki:

Horizontalni sistem CVD z vročo steno je na splošno sistem za rast z eno rezino velike velikosti, ki ga poganjata zračna flotacija in vrtenje. Dobre indikatorje v rezinah je enostavno doseči. Reprezentativni model je Pe1O6 podjetja LPE v Italiji. Ta stroj lahko izvede samodejno polnjenje in praznjenje rezin pri 900 ℃. Glavne značilnosti so visoka stopnja rasti, kratek epitaksialni cikel, dobra konsistenca v rezini in med pečmi itd. Ima največji tržni delež na Kitajskem

Glede na uradna poročila LPE lahko v kombinaciji z uporabo večjih uporabnikov 100–150 mm (4–6 palcev) epitaksialni izdelki rezin 4H-SiC z debelino manj kot 30 μm, ki jih proizvaja epitaksialna peč Pe1O6, stabilno dosegajo naslednje kazalnike: neenakomernost epitaksialne debeline znotraj rezine ≤2 %, neenakomernost koncentracije dopinga znotraj rezine ≤5 %, gostota površinskih napak ≤1 cm-2, površina brez napak na površini (2 mm × 2 mm enota celice) ≥90 %.

Domača podjetja, kot so JSG, CETC 48, NAURA in NASO, so razvila monolitno epitaksialno opremo iz silicijevega karbida s podobnimi funkcijami in dosegla obsežne pošiljke. Na primer, februarja 2023 je JSG izdal 6-palčno epitaksialno opremo SiC z dvojnimi rezinami. Oprema uporablja zgornje in spodnje plasti zgornje in spodnje plasti grafitnih delov reakcijske komore za gojenje dveh epitaksialnih rezin v eni sami peči, zgornje in spodnje procesne pline pa je mogoče ločeno regulirati s temperaturno razliko ≤ 5°C, kar učinkovito nadomesti pomanjkljivost nezadostne proizvodne zmogljivosti monolitnih horizontalnih epitaksialnih peči. Ključni rezervni del jeSiC prevleka Halfmoon deliUporabnikom dobavljamo 6- in 8-palčne polmesečne dele.

Planetarni sistem CVD s toplo steno in planetarno razporeditvijo baze odlikujeta rast več rezin v eni sami peči in visoka izhodna učinkovitost. Reprezentativni modeli so serije AIXG5WWC (8X150 mm) in G10-SiC (9 × 150 mm ali 6 × 200 mm) epitaksialne opreme Aixtron iz Nemčije.

V skladu z uradnim poročilom Aixtrona lahko 6-palčni izdelki epitaksialne rezine 4H-SiC z debelino 10 μm, ki jih proizvaja epitaksialna peč G10, stabilno dosegajo naslednje kazalnike: odstopanje epitaksialne debeline med rezinami ± 2,5 %, epitaksialna debelina znotraj rezine neenakomernost 2 %, odstopanje koncentracije dopinga med rezinami ±5 %, neenakomernost koncentracije dopinga znotraj rezin <2 %.

Domači uporabniki to vrsto modela do zdaj redko uporabljajo, podatki o serijski proizvodnji pa so nezadostni, kar do neke mere omejuje njegovo inženirsko uporabo. Poleg tega je zaradi visokih tehničnih ovir epitaksialnih peči z več rezinami v smislu nadzora temperaturnega polja in polja pretoka razvoj podobne domače opreme še vedno v fazi raziskav in razvoja ter ni alternativnega modela. Medtem , lahko zagotovimo Aixtron Planetary suceptor, kot je 6 in 8 palcev s prevleko TaC ali prevleko SiC.

Navpični sistem CVD s kvazi-vročimi stenami se večinoma vrti z visoko hitrostjo prek zunanje mehanske pomoči. Njegova značilnost je, da se debelina viskozne plasti učinkovito zmanjša z nižjim tlakom v reakcijski komori, s čimer se poveča hitrost epitaksialne rasti. Hkrati njegova reakcijska komora nima zgornje stene, na katero bi se lahko odložili delci SiC, in ni lahko proizvesti padajočih predmetov. Ima inherentno prednost pri nadzoru napak. Reprezentativni modeli so epitaksialne peči z enojno rezino EPIREVOS6 in EPIREVOS8 japonskega podjetja Nuflare.

Glede na Nuflare lahko hitrost rasti naprave EPIREVOS6 doseže več kot 50 μm/h, gostoto površinskih napak epitaksialne rezine pa je mogoče nadzorovati pod 0,1 cm-²; kar zadeva nadzor enotnosti, je inženir podjetja Nuflare Yoshiaki Daigo poročal o rezultatih enakomernosti znotraj rezine 10 μm debele 6-palčne epitaksialne rezine, vzgojene z uporabo EPIREVOS6, in neenakomernost debeline znotraj rezine in koncentracije dopinga sta dosegla 1 % oziroma 2,6 %. Nudimo dele iz grafita visoke čistosti, prevlečene s SiC, kot soZgornji grafitni valj.

Trenutno so domači proizvajalci opreme, kot sta Core Third Generation in JSG, zasnovali in dali na trg epitaksialno opremo s podobnimi funkcijami, vendar niso bile uporabljene v velikem obsegu.

Na splošno imajo tri vrste opreme svoje značilnosti in zasedajo določen tržni delež pri različnih potrebah uporabe:

Horizontalna struktura CVD z vročimi stenami se ponaša z izjemno hitro rastjo, kakovostjo in enotnostjo, preprostim upravljanjem in vzdrževanjem opreme ter zrelimi obsežnimi proizvodnimi aplikacijami. Vendar je proizvodna učinkovitost nizka zaradi vrste enojne rezine in pogostega vzdrževanja; toplostenski planetarni CVD na splošno uporablja strukturo pladnja 6 (kosov) × 100 mm (4 palcev) ali 8 (kosov) × 150 mm (6 palcev), kar močno izboljša proizvodno učinkovitost opreme v smislu proizvodne zmogljivosti, vendar težko je nadzorovati konsistenco več kosov, največji problem pa je še vedno izkoristek; navpični CVD s kvazi-vročimi stenami ima zapleteno strukturo in nadzor napak kakovosti pri proizvodnji epitaksialnih rezin je odličen, kar zahteva izjemno bogate izkušnje pri vzdrževanju in uporabi opreme.

Z nenehnim razvojem industrije se bodo te tri vrste opreme iterativno optimizirale in nadgrajevale v smislu strukture, konfiguracija opreme pa bo postajala vedno bolj popolna in bo igrala pomembno vlogo pri ujemanju specifikacij epitaksialnih rezin z različnimi debelinami in zahteve glede napak.