Optimeret og oversat indhold på siliciumcarbid epitaksial vækstudstyr

Siliciumcarbid (SiC) substrater har adskillige defekter, der forhindrer direkte behandling. For at skabe chipwafers skal en specifik enkeltkrystalfilm dyrkes på SiC-substratet gennem en epitaksial proces. Denne film er kendt som det epitaksiale lag. Næsten alle SiC-enheder er fremstillet på epitaksiale materialer, og homoepitaksiale SiC-materialer af høj kvalitet danner grundlaget for udvikling af SiC-enheder. Ydeevnen af ​​epitaksiale materialer bestemmer direkte ydeevnen af ​​SiC-enheder.

SiC-enheder med høj strømstyrke og høj pålidelighed stiller strenge krav til overflademorfologi, defekttæthed, dopingensartethed og tykkelsesensartethed afepitaksialmaterialer. At opnå SiC-epitaksi i stor størrelse, lav defekttæthed og høj ensartethed er blevet afgørende for udviklingen af ​​SiC-industrien.

Fremstilling af højkvalitets SiC-epitaksi er afhængig af avancerede processer og udstyr. I øjeblikket er den mest udbredte metode til SiC epitaksial vækstKemisk dampaflejring (CVD).CVD tilbyder præcis kontrol over epitaksial filmtykkelse og dopingkoncentration, lav defekttæthed, moderat væksthastighed og automatiseret proceskontrol, hvilket gør det til en pålidelig teknologi til succesfulde kommercielle applikationer.

SiC CVD epitaksianvender generelt varmvægs- eller varmvægs-CVD-udstyr. Høje væksttemperaturer (1500-1700°C) sikrer fortsættelsen af ​​den 4H-SiC krystallinske form. Baseret på forholdet mellem gasstrømningsretningen og substratoverfladen kan reaktionskamrene i disse CVD-systemer klassificeres i horisontale og vertikale strukturer.

Kvaliteten af ​​SiC epitaksiale ovne bedømmes hovedsageligt ud fra tre aspekter: epitaksial vækstydelse (herunder tykkelsesensartethed, dopingensartethed, defekthastighed og væksthastighed), udstyrets temperaturydelse (herunder opvarmnings-/afkølingshastigheder, maksimal temperatur og temperaturensartethed) ), og omkostningseffektivitet (herunder enhedspris og produktionskapacitet).

Forskelle mellem tre typer SiC epitaksielle vækstovne

1. Hot-wall horisontale CVD-systemer:

-Funktioner:Generelt har enkelt-wafer vækstsystemer i stor størrelse drevet af gasfloatationsrotation, hvilket opnår fremragende intra-wafer-metrik.

-Repræsentativ model:LPE's Pe1O6, der er i stand til automatisk wafer-ladning/-aflæsning ved 900°C. Kendt for høje væksthastigheder, korte epitaksiale cyklusser og konsekvent intra-wafer og inter-run ydeevne.

-Præstation:For 4-6 tommer 4H-SiC epitaksiale wafere med tykkelse ≤30μm opnår den intra-wafer tykkelse uensartethed ≤2%, dopingkoncentration uensartethed ≤5%, overfladedefektdensitet ≤1 cm-² og defektfri overfladeareal (2 mm×2 mm celler) ≥90 %.

-Indenlandske producenter: Virksomheder som Jingsheng Mechatronics, CETC 48, North Huachuang og Nasset Intelligent har udviklet lignende single-wafer SiC epitaksialt udstyr med opskaleret produktion.

2. Planetariske CVD-systemer med varme vægge:

-Funktioner:Brug planetariske arrangementsbaser til vækst af flere wafere pr. batch, hvilket væsentligt forbedrer outputeffektiviteten.

-Repræsentative modeller:Aixtrons serier AIXG5WWC (8x150 mm) og G10-SiC (9x150 mm eller 6x200 mm).

-Præstation:For 6-tommer 4H-SiC epitaksiale wafere med tykkelse ≤10 μm opnås inter-wafer tykkelse afvigelse ±2,5%, intra-wafer tykkelse uensartethed 2%, inter-wafer doping koncentration afvigelse ±5% og intra-wafer doping koncentration uensartethed <2%.

-Udfordringer:Begrænset anvendelse på hjemmemarkederne på grund af mangel på batchproduktionsdata, tekniske barrierer i temperatur- og flowfeltkontrol og løbende forskning og udvikling uden storskala implementering.

3. Quasi-hot-wall vertikale CVD-systemer:

- Funktioner:Udnyt ekstern mekanisk assistance til højhastighedssubstratrotation, reduktion af grænselagstykkelse og forbedring af epitaksial væksthastighed, med iboende fordele ved defektkontrol.

- Repræsentative modeller:Nuflares single-wafer EPIREVOS6 og EPIREVOS8.

-Præstation:Opnår væksthastigheder over 50μm/h, overfladedefektdensitetskontrol under 0,1 cm-² og intra-wafer tykkelse og dopingkoncentration uensartethed på henholdsvis 1% og 2,6%.

-Indenlandsk udvikling:Virksomheder som Xingsandai og Jingsheng Mechatronics har designet lignende udstyr, men har ikke opnået storstilet brug.

Oversigt

Hver af de tre strukturelle typer SiC epitaksialt vækstudstyr har forskellige egenskaber og optager specifikke markedssegmenter baseret på applikationskrav. Hot-wall horisontal CVD tilbyder ultrahurtige væksthastigheder og afbalanceret kvalitet og ensartethed, men har lavere produktionseffektivitet på grund af single-wafer-behandling. Varm-væg planetarisk CVD øger produktionseffektiviteten markant, men står over for udfordringer i multi-wafer-konsistenskontrol. Quasi-hot-wall vertikal CVD udmærker sig ved fejlkontrol med kompleks struktur og kræver omfattende vedligeholdelse og driftserfaring.

Efterhånden som industrien udvikler sig, vil iterativ optimering og opgraderinger i disse udstyrsstrukturer føre til stadigt mere raffinerede konfigurationer, der spiller en afgørende rolle i at opfylde forskellige epitaksiale wafer-specifikationer for tykkelses- og defektkrav.

Fordele og ulemper ved forskellige SiC-epitaksiale vækstovne

Med kontinuerlig industriudvikling vil disse tre typer udstyr gennemgå iterativ strukturel optimering og opgraderinger, hvilket fører til stadig mere raffinerede konfigurationer, der matcher forskellige epitaksiale wafer-specifikationer for tykkelse og defektkrav.