Diferentes rotas técnicas do forno de crescimento epitaxial SiC

Os substratos de carboneto de silício têm muitos defeitos e não podem ser processados ​​diretamente. Um filme fino de cristal único específico precisa ser cultivado neles através de um processo epitaxial para fazer bolachas de chip. Este filme fino é a camada epitaxial. Quase todos os dispositivos de carboneto de silício são realizados em materiais epitaxiais. Os materiais epitaxiais homogêneos de carboneto de silício de alta qualidade são a base para o desenvolvimento de dispositivos de carboneto de silício. O desempenho dos materiais epitaxiais determina diretamente a realização do desempenho dos dispositivos de carboneto de silício.

Os dispositivos de carboneto de silício de alta e alta confiabilidade apresentaram requisitos mais rigorosos na morfologia da superfície, densidade de defeitos, dopagem e uniformidade da espessura dos materiais epitaxiais. Densidade de baixo tamanho, de baixa defeito e alta uniformidadeEpitaxia de carboneto de silíciotornou -se a chave para o desenvolvimento da indústria de carbonetos de silício.

A preparação de alta qualidadeEpitaxia de carboneto de silíciorequer processos e equipamentos avançados. O método de crescimento epitaxial de carboneto de silício mais amplamente utilizado é a deposição de vapor químico (DCV), que tem as vantagens do controle preciso da espessura do filme epitaxial e da concentração de doping, menos defeitos, taxa de crescimento moderada e controle automático de processos. É uma tecnologia confiável que foi comercializada com sucesso.

O epitaxia CVD de carboneto de silício geralmente usa o equipamento de CVD de parede quente ou de parede quente, que garante a continuação da camada epitaxial 4H cristal SiC sob condições de temperatura de crescimento mais altas (1500-1700 ℃). Após anos de desenvolvimento, a parede quente ou a CVD da parede quente pode ser dividida em reatores de estrutura horizontal horizontal e reatores verticais da estrutura vertical de acordo com a relação entre a direção do fluxo de gás de entrada e a superfície do substrato.

A qualidade do forno epitaxial de carboneto de silício possui principalmente três indicadores. O primeiro é o desempenho do crescimento epitaxial, incluindo uniformidade de espessura, uniformidade doping, taxa de defeitos e taxa de crescimento; O segundo é o desempenho da temperatura do próprio equipamento, incluindo taxa de aquecimento/resfriamento, temperatura máxima, uniformidade da temperatura; e, finalmente, o desempenho do custo do próprio equipamento, incluindo o preço unitário e a capacidade de produção.

Diferenças entre três tipos de fornos de crescimento epitaxial de carboneto de silício

CVD horizontal de parede quente, CVD planetária de parede quente e CVD vertical de parede quase quente são as soluções de tecnologia de equipamentos epitaxiais principais que foram aplicados comercialmente nesse estágio. Os três equipamentos técnicos também têm suas próprias características e podem ser selecionadas de acordo com as necessidades. O diagrama de estrutura é mostrado na figura abaixo:

O sistema CVD horizontal da parede quente é geralmente um sistema de crescimento de grande porte de uma sólida, acionada pela flotação e rotação de ar. É fácil alcançar bons indicadores de inauguração. O modelo representativo é a PE1O6 da LPE Company na Itália. Esta máquina pode realizar o carregamento e descarregamento automáticos de bolachas a 900 ℃. Os principais recursos são alta taxa de crescimento, ciclo epitaxial curto, boa consistência dentro da bolacha e entre fornos, etc. Ele tem a maior participação de mercado na China.

De acordo com relatórios oficiais do LPE, combinados com o uso dos principais usuários, os produtos epitaxiais de 100-150 mm (4-6 polegadas) 4H-SIC com uma espessura inferior a 30 μm produzidos pela fórmula epitaxial de pó não pode ser atingida de forma seguinte: Intra-Wafer de espessura não-dominiva, não-dinâmica, o Intra-Wafer de espessura não-renifestidade, que não se pode obter, o Intra-Wafer de espessura de Intra-Wafer, que não-dina, a inteniformidade não-usina. ≤1cm-2, área sem defeito da superfície (célula unitária de 2 mm × 2mm) ≥90%.

Empresas domésticas como JSG, CETC 48, Naura e NASO desenvolveram equipamentos epitaxiais monolíticos de carboneto de silício com funções semelhantes e alcançaram remessas em larga escala. Por exemplo, em fevereiro de 2023, a JSG lançou um equipamento epitaxial SIC de 6 polegadas de 6 polegadas. O equipamento utiliza as camadas superior e inferior das camadas superior e inferior das partes de grafite da câmara de reação para cultivar duas bolachas epitaxiais em um único forno, e os gases de processo superior e inferior podem ser regulados separadamente, com uma diferença de temperatura de ≤5 ° C, que efetivamente compõe a desadachos por insuficiência de ≤5 ° C.Peças de meia -lua de revestimento sic. Estamos fornecendo peças de meia -lua de 6 polegadas e 8 polegadas para os usuários.

O sistema CVD planetário de parede quente, com um arranjo planetário da base, é caracterizado pelo crescimento de várias bolachas em um único forno e alta eficiência de saída. Os modelos representativos são os equipamentos epitaxiais de AIXG5WWC (8x150mm) e G10-SIC (9 × 150mm ou 6 × 200mm) de Aixtron da Alemanha.

According to Aixtron's official report, the 6-inch 4H-SiC epitaxial wafer products with a thickness of 10μm produced by the G10 epitaxial furnace can stably achieve the following indicators: inter-wafer epitaxial thickness deviation of ±2.5%, intra-wafer epitaxial thickness non-uniformity of 2%, inter-wafer doping concentration deviation of ±5%, intra-wafer doping não uniformidade da concentração <2%.

Até agora, esse tipo de modelo raramente é usado pelos usuários domésticos, e os dados de produção em lote são insuficientes, o que, até certo ponto, restringe seu aplicativo de engenharia. Além disso, devido às altas barreiras técnicas de fornos epitaxiais de várias tendência em termos de campo de temperatura e controle de campo de fluxo, o desenvolvimento de equipamentos domésticos semelhantes ainda está no estágio de pesquisa e desenvolvimento e não há modelo alternativo.

O sistema CVD vertical de parede quase quente gira principalmente em alta velocidade através da assistência mecânica externa. Sua característica é que a espessura da camada viscosa seja efetivamente reduzida por uma menor pressão da câmara de reação, aumentando assim a taxa de crescimento epitaxial. Ao mesmo tempo, sua câmara de reação não possui uma parede superior na qual as partículas SiC podem ser depositadas e não é fácil produzir objetos em queda. Tem uma vantagem inerente ao controle de defeitos. Os modelos representativos são os fornos epitaxiais de uma única lança e epirevos6 e epirevos8 da nuflare do Japão.

De acordo com o Nuflare, a taxa de crescimento do dispositivo epirevo6 pode atingir mais de 50μm/h, e a densidade de defeito da superfície da wafer epitaxial pode ser controlada abaixo de 0,1cm -²; Em termos de controle de uniformidade, o engenheiro da nuflare, Yoshiaki Daigo, relatou os resultados da uniformidade intra-deslocação de uma bolsa epitaxial de 10 μm de 6 polegadas crescida usando o epirevo6, e a espessura intra-iDer e a concentração de doping não uniformiza 1% e 2,6%, respectivamente.Cilindro de grafite superior.

Atualmente, fabricantes de equipamentos domésticos, como a terceira geração e o JSG, projetaram e lançaram equipamentos epitaxiais com funções semelhantes, mas não foram usadas em larga escala.

Em geral, os três tipos de equipamentos têm suas próprias características e ocupam uma certa participação de mercado em diferentes necessidades de aplicativos:

A estrutura CVD horizontal da parede quente apresenta taxa de crescimento ultra-rápida, qualidade e uniformidade, operação e manutenção simples de equipamentos e aplicações maduras de produção em larga escala. No entanto, devido ao tipo e manutenção frequente, a eficiência da produção é baixa; A DCV planetária de parede quente geralmente adota uma estrutura de bandeja de 6 (peças) × 100 mm (4 polegadas) ou 8 (peça) × 150 mm (6 polegadas), o que melhora bastante a eficiência da produção do equipamento em termos de capacidade de produção, mas é difícil controlar a consistência das peças múltiplas e o rendimento da produção é o maior problema; A CVD vertical de parede quase quente possui uma estrutura complexa, e o controle de defeito da qualidade da produção de wafer epitaxial é excelente, o que requer manutenção de equipamentos extremamente ricos e experiência de uso.

Com o desenvolvimento contínuo do setor, esses três tipos de equipamentos serão otimizados e atualizados iterativamente em termos de estrutura, e a configuração do equipamento se tornará cada vez mais perfeita, desempenhando um papel importante na correspondência das especificações das bolachas epitaxiais com diferentes espessuras e requisitos de defeito.