Оптимизированный и переведенный контент об оборудовании для эпитаксиального выращивания карбида кремния

Подложки из карбида кремния (SiC) имеют многочисленные дефекты, препятствующие прямой обработке. Для создания пластин-чипов необходимо вырастить специальную монокристаллическую пленку на подложке SiC посредством эпитаксиального процесса. Эта пленка известна как эпитаксиальный слой. Почти все устройства SiC реализованы на эпитаксиальных материалах, а высококачественные гомоэпитаксиальные материалы SiC составляют основу для разработки устройств SiC. Характеристики эпитаксиальных материалов напрямую определяют производительность устройств SiC.

Сильноточные и высоконадежные SiC-устройства предъявляют строгие требования к морфологии поверхности, плотности дефектов, однородности легирования и однородности толщины.эпитаксиальныйматериалы. Достижение больших размеров, низкой плотности дефектов и высокой однородности эпитаксии SiC стало критически важным для развития индустрии SiC.

Производство высококачественной эпитаксии SiC зависит от передовых процессов и оборудования. В настоящее время наиболее широко используемым методом эпитаксиального выращивания SiC являетсяХимическое осаждение из паровой фазы (CVD).CVD обеспечивает точный контроль толщины эпитаксиальной пленки и концентрации легирующих примесей, низкую плотность дефектов, умеренную скорость роста и автоматизированное управление процессом, что делает эту технологию надежной для успешного коммерческого применения.

SiC CVD-эпитаксииобычно используется CVD-оборудование с горячими или теплыми стенками. Высокие температуры роста (1500–1700°C) обеспечивают сохранение кристаллической формы 4H-SiC. В зависимости от соотношения направления потока газа и поверхности подложки реакционные камеры этих CVD-систем можно разделить на горизонтальные и вертикальные конструкции.

Качество эпитаксиальных печей SiC в основном оценивается по трем аспектам: характеристики эпитаксиального роста (включая однородность толщины, однородность легирования, уровень дефектов и скорость роста), температурные характеристики оборудования (включая скорость нагрева / охлаждения, максимальную температуру и однородность температуры). ) и рентабельность (включая цену за единицу продукции и производственную мощность).

Различия между тремя типами печей для эпитаксиального выращивания карбида кремния

 Типовая структурная схема реакционных камер эпитаксиальной печи CVD

1. Горизонтальные системы CVD с горячими стенками:

-Функции:Обычно используются системы выращивания большого размера с одной пластиной, приводимые в движение газовым флотационным вращением, обеспечивающие превосходные показатели внутри пластины.

-Репрезентативная модель:Pe1O6 компании LPE, обеспечивающий автоматическую загрузку/выгрузку пластин при температуре 900°C. Известен высокой скоростью роста, короткими эпитаксиальными циклами и стабильными характеристиками внутри пластины и между проходами.

-Производительность:Для 4-6-дюймовых эпитаксиальных пластин 4H-SiC толщиной ≤30 мкм достигается неравномерность толщины внутри пластины ≤2%, неоднородность концентрации легирующих примесей ≤5%, плотность поверхностных дефектов ≤1 см-² и отсутствие дефектов. площадь поверхности (ячейки 2 мм × 2 мм) ≥90%.

-Отечественные производители: Такие компании, как Jingsheng Mechatronics, CETC 48, North Huachuang и Nasset Intelligent, разработали аналогичное эпитаксиальное оборудование SiC для одной пластины с увеличенным производством.

 

2. Планетарные системы CVD с теплыми стенками:

-Функции:Используйте основания планетарного расположения для выращивания нескольких пластин за партию, что значительно повышает эффективность производства.

-Репрезентативные модели:Серии AIXG5WWC (8x150 мм) и G10-SiC (9x150 мм или 6x200 мм) от Aixtron.

-Производительность:Для 6-дюймовых эпитаксиальных пластин 4H-SiC толщиной ≤10 мкм достигается отклонение толщины между пластинами ± 2,5%, неравномерность толщины внутри пластины 2%, отклонение концентрации легирования между пластинами ± 5% и легирование внутри пластины. неравномерность концентрации <2%.

-Проблемы:Ограниченное внедрение на внутренних рынках из-за отсутствия данных о серийном производстве, технических барьеров в контроле температуры и поля потока, а также текущих исследований и разработок без крупномасштабного внедрения.

 

3. Вертикальные CVD-системы с квазигорячими стенками:

- Функции:Используйте внешнюю механическую помощь для высокоскоростного вращения подложки, уменьшая толщину пограничного слоя и улучшая скорость эпитаксиального роста, что дает преимущества в борьбе с дефектами.

- Репрезентативные модели:Однопластинчатые процессоры Nuflare EPIREVOS6 и EPIREVOS8.

-Производительность:Достигает скорости роста более 50 мкм/ч, контроля плотности поверхностных дефектов ниже 0,1 см-², а также неоднородности толщины внутри пластины и концентрации легирующей примеси 1% и 2,6% соответственно.

-Внутреннее развитие:Такие компании, как Xingsandai и Jingsheng Mechatronics, разработали подобное оборудование, но не добились его широкомасштабного использования.

Краткое содержание

Каждый из трех структурных типов оборудования для эпитаксиального выращивания карбида кремния имеет свои отличительные характеристики и занимает определенные сегменты рынка в зависимости от требований применения. Горизонтальное CVD с горячими стенками обеспечивает сверхбыстрые темпы роста, сбалансированное качество и однородность, но имеет более низкую эффективность производства из-за обработки одной пластины. Планетарный CVD с теплыми стенками значительно повышает эффективность производства, но сталкивается с трудностями при контроле согласованности нескольких пластин. Вертикальный CVD с квазигорячими стенками превосходно справляется с контролем дефектов, имеет сложную конструкцию и требует обширного технического обслуживания и опыта эксплуатации.

По мере развития отрасли итеративная оптимизация и модернизация этих структур оборудования будут приводить к созданию более совершенных конфигураций, играющих решающую роль в удовлетворении разнообразных требований к толщине и дефектам эпитаксиальных пластин.

Преимущества и недостатки различных печей для эпитаксиального выращивания карбида кремния

Тип печи

Преимущества

Недостатки

Представители производителей

Горячий горизонтальный CVD

Быстрая скорость роста, простая структура, простота обслуживания.

Короткий цикл обслуживания

LPE (Италия), TEL (Япония)

Планетарный CVD с теплыми стенками

Высокая производственная мощность, эффективность

Сложная структура, сложный контроль консистенции

Экстрон (Германия)

Вертикальное CVD с квазигорячими стенками

Отличный контроль дефектов, длительный цикл технического обслуживания

Сложная конструкция, трудная в обслуживании.

Нуфларе (Япония)

 

По мере постоянного развития отрасли эти три типа оборудования будут подвергаться итеративной структурной оптимизации и модернизации, что приведет к созданию все более совершенных конфигураций, соответствующих различным спецификациям эпитаксиальных пластин по толщине и требованиям к дефектам.

 

 


Время публикации: 19 июля 2024 г.