Įvairūs techniniai SiC epitaksinės augimo krosnies keliai

Silicio karbido substratai turi daug defektų ir negali būti tiesiogiai apdorojami. Ant jų epitaksiniu būdu reikia užauginti specialią ploną vieno kristalo plėvelę, kad būtų galima pagaminti lustų plokšteles. Ši plona plėvelė yra epitaksinis sluoksnis. Beveik visi silicio karbido įtaisai yra pagaminti ant epitaksinių medžiagų. Aukštos kokybės silicio karbido homogeninės epitaksinės medžiagos yra silicio karbido prietaisų kūrimo pagrindas. Epitaksinių medžiagų našumas tiesiogiai lemia silicio karbido prietaisų našumo realizavimą.

Didelės srovės ir didelio patikimumo silicio karbido įtaisai kelia griežtesnius epitaksinių medžiagų paviršiaus morfologijos, defektų tankio, dopingo ir storio vienodumo reikalavimus. Didelio dydžio, mažo defektų tankio ir didelio vienodumosilicio karbido epitaksijatapo raktu į silicio karbido pramonės plėtrą.

Aukštos kokybės paruošimassilicio karbido epitaksijareikalauja pažangių procesų ir įrangos. Plačiausiai naudojamas silicio karbido epitaksinio augimo metodas yra cheminis nusodinimas iš garų (CVD), kurio pranašumai yra tiksli epitaksinės plėvelės storio ir dopingo koncentracijos kontrolė, mažiau defektų, vidutinis augimo greitis ir automatinis proceso valdymas. Tai patikima technologija, kuri buvo sėkmingai komercializuota.

Silicio karbido CVD epitaksijoje paprastai naudojama karštos sienelės arba šiltos sienos CVD įranga, kuri užtikrina epitaksinio sluoksnio 4H kristalo SiC tęstinumą aukštesnės augimo temperatūros sąlygomis (1500–1700 ℃). Po daugelio metų kūrimo karštos sienos arba šiltos sienos CVD galima suskirstyti į horizontalios horizontalios struktūros reaktorius ir vertikalios vertikalios konstrukcijos reaktorius pagal įleidžiamų dujų srauto krypties ir substrato paviršiaus santykį.

Silicio karbido epitaksinės krosnies kokybė daugiausia turi tris rodiklius. Pirmasis yra epitaksinio augimo efektyvumas, įskaitant storio vienodumą, dopingo vienodumą, defektų dažnį ir augimo greitį; antrasis – pačios įrangos temperatūros charakteristikos, įskaitant šildymo/aušinimo greitį, maksimalią temperatūrą, temperatūros vienodumą; ir galiausiai pačios įrangos sąnaudas, įskaitant vieneto kainą ir gamybos pajėgumus.

Skirtumai tarp trijų tipų silicio karbido epitaksinių augimo krosnių

Karštosios sienos horizontalus CVD, šiltos sienos planetinis CVD ir beveik karštos sienos vertikalios CVD yra pagrindiniai epitaksinės įrangos technologijos sprendimai, kurie buvo komerciškai pritaikyti šiame etape. Trys techninės įrangos taip pat turi savo ypatybes ir gali būti parenkamos pagal poreikius. Struktūros schema parodyta paveikslėlyje žemiau:

Karštosios sienelės horizontalioji CVD sistema paprastai yra vienos plokštelės didelio dydžio auginimo sistema, kurią varo oro flotacija ir sukimasis. Nesunku pasiekti gerus plokštelių rodiklius. Tipiškas modelis yra Pe1O6 iš LPE bendrovės Italijoje. Ši mašina gali automatiškai pakrauti ir iškrauti plokšteles esant 900 ℃. Pagrindinės savybės yra didelis augimo greitis, trumpas epitaksinis ciklas, geras konsistencija plokštelėje ir tarp krosnių ir kt. Ji užima didžiausią rinkos dalį Kinijoje

Remiantis oficialiomis LPE ataskaitomis, kartu su pagrindinių vartotojų naudojimu, 100–150 mm (4–6 colių) 4H-SiC epitaksinės plokštelės gaminiai, kurių storis mažesnis nei 30 μm, pagaminti naudojant Pe1O6 epitaksinę krosnį, gali stabiliai pasiekti šiuos rodiklius: plokštelės viduje esančio epitaksinio storio netolygumas ≤2%, dopingo koncentracijos netolygumas plokštelėje ≤5%, paviršiaus defektų tankis ≤1cm-2, paviršiaus defektų neturintis plotas (2mm × 2mm vienetas) ≥90%.

Vidaus įmonės, tokios kaip JSG, CETC 48, NAURA ir NASO, sukūrė monolitinę silicio karbido epitaksinę įrangą, kuri atlieka panašias funkcijas, ir pasiekė didelio masto siuntų. Pavyzdžiui, 2023 m. vasario mėn. JSG išleido 6 colių dvigubos plokštelės SiC epitaksinę įrangą. Įranga naudoja viršutinį ir apatinį reakcijos kameros grafito dalių viršutinio ir apatinio sluoksnių sluoksnius, kad išaugintų dvi epitaksines plokšteles vienoje krosnyje, o viršutinės ir apatinės proceso dujos gali būti reguliuojamos atskirai, esant temperatūrų skirtumui ≤ 5°C, o tai veiksmingai kompensuoja trūkumą dėl nepakankamo monolitinių horizontalių epitaksinių krosnių gamybos pajėgumų. Pagrindinė atsarginė dalis yraSiC danga Halfmoon dalys. Vartotojams tiekiame 6 colių ir 8 colių pusmėnulio dalis.

Šiltos sienelės planetinė CVD sistema su planetiniu pagrindo išdėstymu pasižymi kelių plokštelių augimu vienoje krosnyje ir dideliu išėjimo efektyvumu. Tipiški modeliai yra Vokietijos Aixtron AIXG5WWC (8X150mm) ir G10-SiC (9×150mm arba 6×200mm) serijos epitaksinė įranga.

Remiantis oficialia „Aixtron“ ataskaita, G10 epitaksinėje krosnyje pagaminti 6 colių 4H-SiC epitaksiniai plokštelių gaminiai, kurių storis 10 μm, gali stabiliai pasiekti šiuos rodiklius: epitaksinio storio nuokrypis tarp plokštelių yra ±2,5%, epitaksinis storis tarp plokštelių. netolygumas 2%, dopingo koncentracijos tarp plokštelių nuokrypis ±5%, vidinės plokštelės dopingo koncentracijos netolygumas <2%.

Iki šiol šio tipo modelius retai naudoja vidaus vartotojai, o partijos gamybos duomenų nepakanka, o tai tam tikru mastu riboja jo inžinerinį pritaikymą. Be to, dėl didelių techninių kliūčių daugiasluoksnėms epitaksinėms krosnims, susijusioms su temperatūros lauko ir srauto lauko valdymu, panašios buitinės įrangos kūrimas vis dar yra tyrimų ir plėtros stadijoje, o alternatyvaus modelio nėra. Mes galime pateikti Aixtron planetinį susceptorių, pavyzdžiui, 6 colių ir 8 colių su TaC danga arba SiC danga.

Beveik karštos sienos vertikali CVD sistema daugiausia sukasi dideliu greičiu dėl išorinės mechaninės pagalbos. Jo ypatybė yra ta, kad klampaus sluoksnio storis efektyviai sumažinamas dėl mažesnio reakcijos kameros slėgio, taip padidinant epitaksinį augimo greitį. Tuo pačiu metu jo reakcijos kamera neturi viršutinės sienelės, ant kurios būtų galima nusodinti SiC daleles, ir nėra lengva gaminti krintančius objektus. Jis turi būdingą defektų kontrolės pranašumą. Tipiški modeliai yra Japonijos Nuflare vienos plokštelės epitaksinės krosnys EPIREVOS6 ir EPIREVOS8.

Nuflare teigimu, EPIREVOS6 įrenginio augimo greitis gali siekti daugiau nei 50 μm/h, o epitaksinės plokštelės paviršiaus defekto tankis gali būti kontroliuojamas mažesnis nei 0,1 cm-²; Kalbant apie vienodumo kontrolę, Nuflare inžinierius Yoshiaki Daigo pranešė apie 10 μm storio 6 colių epitaksinės plokštelės, išaugintos naudojant EPIREVOS6, vienodumo rezultatus, o plokštelės storio ir dopingo koncentracijos netolygumas siekė atitinkamai 1% ir 2,6%. Mes tiekiame SiC dengtas didelio grynumo grafito dalis, pvzViršutinis grafito cilindras.

Šiuo metu buitinės įrangos gamintojai, tokie kaip Core Third Generation ir JSG, sukūrė ir pristatė panašių funkcijų epitaksinę įrangą, tačiau ji nebuvo plačiai naudojama.

Apskritai, trijų tipų įranga turi savo ypatybes ir užima tam tikrą rinkos dalį, atsižvelgiant į skirtingus taikymo poreikius:

Karšta sienelė horizontali CVD struktūra pasižymi itin greitu augimo greičiu, kokybe ir vienodumu, paprasta įrangos eksploatacija ir priežiūra bei brandžiomis didelio masto gamybos programomis. Tačiau dėl vienos plokštelės tipo ir dažnos priežiūros gamybos efektyvumas yra mažas; šiltos sienos planetinis CVD paprastai naudoja 6 (gabalas) × 100 mm (4 colių) arba 8 (gabalas) × 150 mm (6 colių) dėklo struktūrą, kuri labai pagerina įrangos gamybos efektyvumą gamybos pajėgumų požiūriu, tačiau sunku kontroliuoti kelių gabalų konsistenciją, o produkcijos išeiga vis dar yra didžiausia problema; beveik karštos sienos vertikalus CVD yra sudėtingos struktūros, o epitaksinių plokštelių gamybos kokybės defektų kontrolė yra puiki, o tai reikalauja itin turtingos įrangos priežiūros ir naudojimo patirties.

Nuolat tobulėjant pramonei, šių trijų tipų įranga bus nuolat optimizuojama ir atnaujinama pagal struktūrą, o įrangos konfigūracija taps vis tobulesnė, o tai vaidins svarbų vaidmenį derinant skirtingų storių ir epitaksinių plokštelių specifikacijas. defektų reikalavimai.