Optimerat och översatt innehåll på epitaxiell tillväxtutrustning av kiselkarbid

Silikonkarbidsubstrat (SiC) har många defekter som förhindrar direkt bearbetning. För att skapa chipwafers måste en specifik enkristallfilm odlas på SiC-substratet genom en epitaxiell process. Denna film är känd som det epitaxiella lagret. Nästan alla SiC-enheter är realiserade på epitaxiella material, och högkvalitativa homoepitaxial SiC-material utgör grunden för utveckling av SiC-enheter. Prestandan hos epitaxiella material bestämmer direkt prestandan hos SiC-enheter.

SiC-enheter med hög strömstyrka och hög tillförlitlighet ställer stränga krav på ytmorfologi, defektdensitet, dopningslikformighet och tjocklekslikformighet hosepitaxiellmaterial. Att uppnå SiC-epitaxi i stor storlek, låg defektdensitet och hög likformighet har blivit avgörande för utvecklingen av SiC-industrin.

Att producera högkvalitativ SiC-epitaxi är beroende av avancerade processer och utrustning. För närvarande är den mest använda metoden för SiC epitaxiell tillväxtKemisk ångavsättning (CVD).CVD erbjuder exakt kontroll över epitaxiell filmtjocklek och dopningskoncentration, låg defektdensitet, måttlig tillväxthastighet och automatiserad processkontroll, vilket gör den till en pålitlig teknologi för framgångsrika kommersiella tillämpningar.

SiC CVD epitaxianvänder vanligtvis varmvägg eller varmvägg CVD-utrustning. Höga tillväxttemperaturer (1500–1700°C) säkerställer fortsättningen av den kristallina 4H-SiC-formen. Baserat på förhållandet mellan gasflödesriktningen och substratytan kan reaktionskamrarna i dessa CVD-system klassificeras i horisontella och vertikala strukturer.

Kvaliteten på SiC-epitaxialugnar bedöms huvudsakligen utifrån tre aspekter: epitaxiell tillväxtprestanda (inklusive tjocklekslikformighet, dopningslikformighet, defekthastighet och tillväxthastighet), utrustningens temperaturprestanda (inklusive uppvärmnings-/kylningshastigheter, maximal temperatur och temperaturlikformighet ), och kostnadseffektivitet (inklusive enhetspris och produktionskapacitet).

Skillnader mellan tre typer av SiC epitaxiella tillväxtugnar

1. Hot-wall horisontella CVD-system:

-Drag:Generellt har enkel-wafer-tillväxtsystem i stor storlek drivna av gasflotationsrotation, vilket uppnår utmärkta intra-wafer-mått.

-Representativ modell:LPE:s Pe1O6, som kan automatisk lastning/avlastning av wafer vid 900°C. Känd för höga tillväxthastigheter, korta epitaxiella cykler och konsekvent prestanda inom wafer och inter-run.

-Prestanda:För 4-6 tums 4H-SiC epitaxiella wafers med tjocklek ≤30μm, uppnår den intra-wafer tjocklek ojämnhet ≤2%, dopningskoncentration ojämnhet ≤5%, ytdefektdensitet ≤1 cm-² och defektfri ytarea (2 mm×2 mm celler) ≥90 %.

-Inhemska tillverkare: Företag som Jingsheng Mechatronics, CETC 48, North Huachuang och Nasset Intelligent har utvecklat liknande epitaxial SiC-utrustning med en skiva med uppskalad produktion.

2. Planetära CVD-system för varmvägg:

-Drag:Använd planetarrangemang för tillväxt av flera skivor per batch, vilket avsevärt förbättrar uteffekten.

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

-Prestanda:För 6-tums 4H-SiC epitaxiella wafers med tjocklek ≤10 μm, uppnår den avvikelse mellan wafertjocklek ±2,5 %, intra-wafer tjocklek ojämnhet 2 %, inter-wafer dopningskoncentrationsavvikelse ±5 % och intra-wafer doping koncentration ojämnhet <2%.

-Utmaningar:Begränsad användning på inhemska marknader på grund av brist på batchproduktionsdata, tekniska barriärer i temperatur- och flödesfältkontroll och pågående FoU utan storskalig implementering.

3. Quasi-hot-wall vertikala CVD-system:

- Funktioner:Använd extern mekanisk assistans för höghastighetsrotation av substrat, reducering av gränsskiktets tjocklek och förbättrad epitaxiell tillväxthastighet, med inneboende fördelar i defektkontroll.

- Representativa modeller:Nuflares single-wafer EPIREVOS6 och EPIREVOS8.

-Prestanda:Uppnår tillväxthastigheter över 50 μm/h, kontroll av ytdefektdensitet under 0,1 cm-² och intrawafertjocklek och ojämnhet i dopningskoncentration på 1 % respektive 2,6 %.

-Inhemsk utveckling:Företag som Xingsandai och Jingsheng Mechatronics har designat liknande utrustning men har inte uppnått storskalig användning.

Sammanfattning

Var och en av de tre strukturella typerna av SiC epitaxiell tillväxtutrustning har distinkta egenskaper och upptar specifika marknadssegment baserat på applikationskrav. Hot-wall horisontell CVD erbjuder ultrasnabba tillväxthastigheter och balanserad kvalitet och enhetlighet men har lägre produktionseffektivitet på grund av singel-wafer-bearbetning. Warm-wall planetary CVD förbättrar avsevärt produktionseffektiviteten men står inför utmaningar i multi-wafer-konsistenskontroll. Quasi-hot-wall vertikal CVD utmärker sig i defektkontroll med komplex struktur och kräver omfattande underhåll och drifterfarenhet.

Allt eftersom branschen utvecklas kommer iterativ optimering och uppgraderingar av dessa utrustningsstrukturer att leda till allt mer förfinade konfigurationer, som spelar avgörande roll för att möta olika epitaxiella waferspecifikationer för tjockleks- och defektkrav.

Fördelar och nackdelar med olika SiC epitaxiella tillväxtugnar

Med kontinuerlig industriutveckling kommer dessa tre typer av utrustning att genomgå iterativ strukturell optimering och uppgraderingar, vilket leder till allt mer förfinade konfigurationer som matchar olika epitaxiella wafer-specifikationer för tjocklek och defektkrav.