Ulike tekniske ruter for SiC epitaksial vekstovn

Silisiumkarbidsubstrater har mange defekter og kan ikke bearbeides direkte. En spesifikk en krystall tynn film må dyrkes på dem gjennom en epitaksial prosess for å lage chip wafere. Denne tynne filmen er det epitaksiale laget. Nesten alle silisiumkarbidenheter er realisert på epitaksiale materialer. Høykvalitets silisiumkarbid homogene epitaksiale materialer er grunnlaget for utviklingen av silisiumkarbidenheter. Ytelsen til epitaksiale materialer bestemmer direkte realiseringen av ytelsen til silisiumkarbidenheter.

Silisiumkarbidenheter med høy strømstyrke og høy pålitelighet har stilt strengere krav til overflatemorfologi, defekttetthet, doping og jevnhet i tykkelsen til epitaksiale materialer. Stor størrelse, lav defekttetthet og høy jevnhetsilisiumkarbid epitaksihar blitt nøkkelen til utviklingen av silisiumkarbidindustrien.

Utarbeidelse av høy kvalitetsilisiumkarbid epitaksikrever avanserte prosesser og utstyr. Den mest brukte epitaksiale vekstmetoden av silisiumkarbid er kjemisk dampavsetning (CVD), som har fordelene med presis kontroll av epitaksial filmtykkelse og dopingkonsentrasjon, færre defekter, moderat veksthastighet og automatisk prosesskontroll. Det er en pålitelig teknologi som har blitt kommersialisert med suksess.

Silisiumkarbid CVD-epitaksi bruker vanligvis varmvegg- eller varmvegg-CVD-utstyr, som sikrer fortsettelsen av epitaksiallaget 4H krystall SiC under høyere veksttemperaturforhold (1500-1700 ℃). Etter år med utvikling kan varmvegg eller varmvegg CVD deles inn i horisontale horisontale strukturreaktorer og vertikale vertikale strukturreaktorer i henhold til forholdet mellom retningen til innløpsgasstrømmen og substratoverflaten.

Kvaliteten på epitaksial silisiumkarbidovn har hovedsakelig tre indikatorer. Den første er den epitaksiale vekstytelsen, inkludert tykkelsesuniformitet, dopinguniformitet, defekthastighet og veksthastighet; den andre er temperaturytelsen til selve utstyret, inkludert oppvarmings-/kjølehastighet, maksimal temperatur, temperaturensartethet; og til slutt kostnadsytelsen til selve utstyret, inkludert enhetspris og produksjonskapasitet.

Forskjeller mellom tre typer epitaksiale vekstovner av silisiumkarbid

Varmvegg horisontal CVD, varmvegg planetarisk CVD og kvasi-varmvegg vertikal CVD er mainstream epitaksial utstyrsteknologiløsninger som har blitt brukt kommersielt på dette stadiet. De tre tekniske utstyrene har også sine egne egenskaper og kan velges etter behov. Strukturdiagrammet er vist i figuren nedenfor:

Det horisontale CVD-systemet med varme vegger er vanligvis et vekstsystem i stor størrelse med én wafer drevet av luftflotasjon og rotasjon. Det er lett å oppnå gode in-wafer-indikatorer. Den representative modellen er Pe1O6 fra LPE Company i Italia. Denne maskinen kan realisere automatisk lasting og lossing av wafere ved 900 ℃. Hovedtrekkene er høy vekstrate, kort epitaksial syklus, god konsistens i waferen og mellom ovner osv. Den har den høyeste markedsandelen i Kina

I følge offisielle LPE-rapporter, kombinert med bruk av store brukere, kan 100-150 mm (4-6 tommer) 4H-SiC epitaksiale wafer-produkter med en tykkelse på mindre enn 30 μm produsert av Pe1O6 epitaksialovnen stabilt oppnå følgende indikatorer: intra-wafer epitaksial tykkelse ujevnhet ≤2%, intra-wafer dopingkonsentrasjon ujevnhet ≤5%, overflatedefekttetthet ≤1cm-2, overflatedefektfritt område (2mm×2mm enhetscelle) ≥90%.

Innenlandske selskaper som JSG, CETC 48, NAURA og NASO har utviklet monolittisk silisiumkarbid epitaksialutstyr med lignende funksjoner og har oppnådd storskala forsendelser. For eksempel, i februar 2023, ga JSG ut et 6-tommers SiC epitaksialutstyr med dobbel wafer. Utstyret bruker de øvre og nedre lagene i de øvre og nedre lagene av grafittdelene av reaksjonskammeret for å dyrke to epitaksiale skiver i en enkelt ovn, og de øvre og nedre prosessgassene kan reguleres separat, med en temperaturforskjell på ≤ 5°C, noe som effektivt veier opp for ulempen med utilstrekkelig produksjonskapasitet for monolittiske horisontale epitaksiale ovner. Den viktigste reservedelen erSiC Coating Halfmoon deler.Vi leverer 6-tommers og 8-tommers halvmånedeler til brukerne.

Det varmeveggede planetariske CVD-systemet, med et planetarisk arrangement av basen, er preget av veksten av flere wafere i en enkelt ovn og høy utgangseffektivitet. Representative modeller er AIXG5WWC (8X150 mm) og G10-SiC (9×150 mm eller 6×200 mm) serie epitaksialutstyr fra Aixtron i Tyskland.

I følge Aixtrons offisielle rapport kan de 6-tommers 4H-SiC epitaksiale waferproduktene med en tykkelse på 10μm produsert av G10 epitaksialovnen stabilt oppnå følgende indikatorer: epitaksialt tykkelsesavvik mellom wafer på ±2,5 %, epitaksial tykkelse intrawafer ujevnhet på 2 %, dopingkonsentrasjonsavvik mellom wafer på ±5 %, intrawafer-dopingkonsentrasjon ujevnhet <2 %.

Til nå er denne typen modell sjelden brukt av innenlandske brukere, og batchproduksjonsdataene er utilstrekkelige, noe som til en viss grad begrenser dens tekniske anvendelse. I tillegg, på grunn av de høye tekniske barrierene til multi-wafer epitaksiale ovner når det gjelder temperaturfelt og strømningsfeltkontroll, er utviklingen av lignende husholdningsutstyr fortsatt i forsknings- og utviklingsstadiet, og det er ingen alternativ modell.I mellomtiden , kan vi gi Aixtron Planetary susceptor som 6 tommer og 8 tommer med TaC-belegg eller SiC-belegg.

Det quasi-hot-wall vertikale CVD-systemet roterer hovedsakelig med høy hastighet gjennom ekstern mekanisk assistanse. Dens karakteristikk er at tykkelsen på det viskøse laget effektivt reduseres av et lavere reaksjonskammertrykk, og øker derved den epitaksiale veksthastigheten. Samtidig har reaksjonskammeret ikke en øvre vegg som SiC-partikler kan avsettes på, og det er ikke lett å produsere fallende gjenstander. Det har en iboende fordel i defektkontroll. Representative modeller er epitaksialovnene EPIREVOS6 og EPIREVOS8 fra Japans Nuflare.

I følge Nuflare kan veksthastigheten til EPIREVOS6-enheten nå mer enn 50μm/t, og overflatedefekttettheten til epitaksialplaten kan kontrolleres under 0,1 cm-²; når det gjelder uniformitetskontroll, rapporterte Nuflare-ingeniør Yoshiaki Daigo intra-wafer-ensartethetsresultatene for en 10μm tykk 6-tommers epitaksial wafer dyrket ved bruk av EPIREVOS6, og intra-wafer-tykkelsen og dopingkonsentrasjonens ujevnhet nådde henholdsvis 1% og 2,6%. Vi leverer SiC-belagte grafittdeler med høy renhetØvre grafittsylinder.

For tiden har innenlandske utstyrsprodusenter som Core Third Generation og JSG designet og lansert epitaksielt utstyr med lignende funksjoner, men de har ikke blitt brukt i stor skala.

Generelt har de tre typene utstyr sine egne egenskaper og okkuperer en viss markedsandel i forskjellige applikasjonsbehov:

Den horisontale CVD-strukturen med varme vegger har ultrarask veksthastighet, kvalitet og ensartethet, enkel betjening og vedlikehold av utstyr og modne produksjonsapplikasjoner i stor skala. På grunn av enkeltwafer-typen og hyppig vedlikehold er imidlertid produksjonseffektiviteten lav; den varme veggen planetariske CVD bruker vanligvis en brettstruktur på 6 (stykke) × 100 mm (4 tommer) eller 8 (stykke) × 150 mm (6 tommer), noe som i stor grad forbedrer produksjonseffektiviteten til utstyret når det gjelder produksjonskapasitet, men det er vanskelig å kontrollere konsistensen til flere stykker, og produksjonsutbyttet er fortsatt det største problemet; den quasi-hot wall vertikale CVD har en kompleks struktur, og kvalitetsdefektkontrollen av epitaksial wafer produksjon er utmerket, noe som krever ekstremt rik utstyrsvedlikehold og brukserfaring.

Med den kontinuerlige utviklingen av industrien vil disse tre typene utstyr bli iterativt optimalisert og oppgradert når det gjelder struktur, og utstyrskonfigurasjonen vil bli mer og mer perfekt, og spille en viktig rolle i å matche spesifikasjonene til epitaksiale wafere med forskjellige tykkelser og defektkrav.