Verschillende technische routes van SiC epitaxiale groeioven

Siliciumcarbidesubstraten hebben veel gebreken en kunnen niet direct worden verwerkt. Er moet een specifieke dunne film uit één kristal op worden gegroeid via een epitaxiaal proces om chipwafels te maken. Deze dunne film is de epitaxiale laag. Bijna alle siliciumcarbide-apparaten worden gerealiseerd op epitaxiale materialen. Hoogwaardige homogene epitaxiale materialen van siliciumcarbide vormen de basis voor de ontwikkeling van siliciumcarbide-apparaten. De prestaties van epitaxiale materialen bepalen rechtstreeks de realisatie van de prestaties van siliciumcarbide-apparaten.

Siliciumcarbide-apparaten met hoge stroomsterkte en hoge betrouwbaarheid hebben strengere eisen gesteld aan de oppervlaktemorfologie, defectdichtheid, dotering en dikte-uniformiteit van epitaxiale materialen. Groot formaat, lage defectdichtheid en hoge uniformiteitepitaxie van siliciumcarbideis de sleutel geworden tot de ontwikkeling van de siliciumcarbide-industrie.

De bereiding van hoge kwaliteitepitaxie van siliciumcarbidevereist geavanceerde processen en apparatuur. De meest gebruikte epitaxiale groeimethode van siliciumcarbide is chemische dampafzetting (CVD), die de voordelen heeft van nauwkeurige controle van de epitaxiale filmdikte en doteringsconcentratie, minder defecten, gematigde groeisnelheid en automatische procescontrole. Het is een betrouwbare technologie die met succes op de markt is gebracht.

Siliciumcarbide CVD-epitaxie maakt over het algemeen gebruik van CVD-apparatuur met hete of warme wand, die de voortzetting van de epitaxiale laag 4H kristal SiC garandeert onder omstandigheden van hogere groeitemperaturen (1500-1700 ℃). Na jaren van ontwikkeling kan CVD met hete wand of warme wand worden onderverdeeld in reactoren met horizontale horizontale structuur en reactoren met verticale verticale structuur, afhankelijk van de relatie tussen de richting van de inlaatgasstroom en het substraatoppervlak.

De kwaliteit van de epitaxiale oven van siliciumcarbide heeft hoofdzakelijk drie indicatoren. De eerste is de epitaxiale groeiprestatie, inclusief dikte-uniformiteit, doteringsuniformiteit, defectpercentage en groeisnelheid; de tweede is de temperatuurprestatie van de apparatuur zelf, inclusief verwarmings-/koelsnelheid, maximale temperatuur en temperatuuruniformiteit; en ten slotte de kostenprestaties van de apparatuur zelf, inclusief eenheidsprijs en productiecapaciteit.

Verschillen tussen drie soorten epitaxiale groeiovens van siliciumcarbide

Horizontale CVD met hete wand, planetaire CVD met warme wand en verticale CVD met quasi-warme wand zijn de belangrijkste technologische oplossingen voor epitaxiale apparatuur die in dit stadium commercieel zijn toegepast. De drie technische uitrustingen hebben ook hun eigen kenmerken en kunnen naar behoefte worden geselecteerd. Het structuurdiagram wordt weergegeven in de onderstaande afbeelding:

Het horizontale CVD-systeem met hete wand is over het algemeen een groot groeisysteem met één wafer, aangedreven door luchtflotatie en rotatie. Het is gemakkelijk om goede indicatoren in de wafer te verkrijgen. Het representatieve model is Pe1O6 van LPE Company in Italië. Deze machine kan het automatisch laden en lossen van wafers bij 900℃ realiseren. De belangrijkste kenmerken zijn een hoge groeisnelheid, een korte epitaxiale cyclus, een goede consistentie binnen de wafer en tussen ovens, enz. Het heeft het hoogste marktaandeel in China

Volgens officiële rapporten van LPE, gecombineerd met het gebruik van grote gebruikers, kunnen de 100-150 mm (4-6 inch) 4H-SiC epitaxiale waferproducten met een dikte van minder dan 30 μm geproduceerd door de Pe1O6 epitaxiale oven stabiel de volgende indicatoren bereiken: intra-wafer epitaxiale dikte niet-uniformiteit ≤2%, intra-wafer dopingconcentratie niet-uniformiteit ≤5%, oppervlaktedefectdichtheid ≤1 cm-2, oppervlaktedefectvrij gebied (2 mm x 2 mm eenheidscel) ≥ 90%.

Binnenlandse bedrijven zoals JSG, CETC 48, NAURA en NASO hebben monolithische epitaxiale apparatuur van siliciumcarbide met vergelijkbare functies ontwikkeld en grootschalige verzendingen gerealiseerd. In februari 2023 bracht JSG bijvoorbeeld een 6-inch dubbele wafer SiC epitaxiale apparatuur uit. De apparatuur gebruikt de bovenste en onderste lagen van de bovenste en onderste lagen van de grafietdelen van de reactiekamer om twee epitaxiale wafels in een enkele oven te laten groeien, en de bovenste en onderste procesgassen kunnen afzonderlijk worden geregeld, met een temperatuurverschil van ≤ 5°C, wat het nadeel van onvoldoende productiecapaciteit van monolithische horizontale epitaxiale ovens effectief compenseert. Het belangrijkste reserveonderdeel isSiC-coating Halfmoon-onderdelenWij leveren halvemaanonderdelen van 6 inch en 8 inch aan de gebruikers.

Het planetaire CVD-systeem met warme wand, met een planetaire opstelling van de basis, wordt gekenmerkt door de groei van meerdere wafers in een enkele oven en een hoog rendement. Representatieve modellen zijn de epitaxiale apparatuur uit de AIXG5WWC (8X150 mm) en G10-SiC (9 x 150 mm of 6 x 200 mm) serie van Aixtron uit Duitsland.

Volgens het officiële rapport van Aixtron kunnen de 6-inch 4H-SiC epitaxiale waferproducten met een dikte van 10 μm geproduceerd door de G10 epitaxiale oven stabiel de volgende indicatoren bereiken: epitaxiale dikteafwijking tussen de wafers van ± 2,5%, epitaxiale dikte tussen de wafers niet-uniformiteit van 2%, afwijking van de dopingconcentratie tussen de wafers van ± 5%, niet-uniformiteit van de dopingconcentratie binnen de wafer <2%.

Tot nu toe wordt dit type model zelden door huishoudelijke gebruikers gebruikt en zijn de batchproductiegegevens onvoldoende, wat de technische toepassing ervan tot op zekere hoogte beperkt. Bovendien bevindt de ontwikkeling van soortgelijke huishoudelijke apparatuur zich, vanwege de hoge technische barrières van epitaxiale ovens met meerdere wafers op het gebied van temperatuurveld- en stromingsveldcontrole, nog steeds in de onderzoeks- en ontwikkelingsfase en is er geen alternatief model. We kunnen een Aixtron planetaire susceptor zoals 6 inch en 8 inch voorzien van TaC-coating of SiC-coating.

Het quasi-hot-wall verticale CVD-systeem roteert voornamelijk op hoge snelheid dankzij externe mechanische hulp. Het kenmerk ervan is dat de dikte van de viskeuze laag effectief wordt verminderd door een lagere druk in de reactiekamer, waardoor de epitaxiale groeisnelheid toeneemt. Tegelijkertijd heeft de reactiekamer geen bovenwand waarop SiC-deeltjes kunnen worden afgezet, en is het niet eenvoudig om vallende voorwerpen te produceren. Het heeft een inherent voordeel bij het beheersen van defecten. Representatieve modellen zijn de epitaxiale ovens met één wafel EPIREVOS6 en EPIREVOS8 van het Japanse Nuflare.

Volgens Nuflare kan de groeisnelheid van het EPIREVOS6-apparaat meer dan 50 μm/u bereiken, en kan de oppervlaktedefectdichtheid van de epitaxiale wafer onder de 0,1 cm² worden geregeld; in termen van uniformiteitscontrole rapporteerde Nuflare-ingenieur Yoshiaki Daigo de intra-wafer-uniformiteitsresultaten van een 10 μm dikke 6-inch epitaxiale wafer gegroeid met behulp van EPIREVOS6, en de intra-wafer-dikte en niet-uniformiteit van de dopingconcentratie bereikten respectievelijk 1% en 2,6%. Wij leveren SiC-gecoate grafietonderdelen met hoge zuiverheid, zoalsBovenste grafietcilinder.

Momenteel hebben fabrikanten van huishoudelijke apparatuur zoals Core Third Generation en JSG epitaxiale apparatuur met vergelijkbare functies ontworpen en gelanceerd, maar deze zijn niet op grote schaal gebruikt.

Over het algemeen hebben de drie soorten apparatuur hun eigen kenmerken en nemen ze een bepaald marktaandeel in bij verschillende toepassingsbehoeften:

De horizontale CVD-structuur met hete wand wordt gekenmerkt door een ultrasnelle groeisnelheid, kwaliteit en uniformiteit, eenvoudige bediening en onderhoud van de apparatuur en volwassen grootschalige productietoepassingen. Vanwege het type met één wafer en het frequente onderhoud is de productie-efficiëntie echter laag; de planetaire CVD met warme muren neemt over het algemeen een bakstructuur van 6 (stuk) x 100 mm (4 inch) of 8 (stuk) x 150 mm (6 inch) aan, wat de productie-efficiëntie van de apparatuur aanzienlijk verbetert in termen van productiecapaciteit, maar het is moeilijk om de consistentie van meerdere stukken te controleren, en de productieopbrengst is nog steeds het grootste probleem; de quasi-hete wand verticale CVD heeft een complexe structuur en de kwaliteitscontrole van de epitaxiale waferproductie is uitstekend, wat een extreem rijke apparatuuronderhoud en gebruikservaring vereist.

Met de voortdurende ontwikkeling van de industrie zullen deze drie soorten apparatuur iteratief worden geoptimaliseerd en geüpgraded in termen van structuur, en zal de configuratie van de apparatuur steeds perfecter worden, en een belangrijke rol spelen bij het matchen van de specificaties van epitaxiale wafers met verschillende diktes en eisen aan gebreken.