Olika tekniska rutter för SIC -epitaxial tillväxtugn

Kiselkarbidunderlag har många defekter och kan inte bearbetas direkt. En specifik enkelkristalltunn film måste odlas på dem genom en epitaxial process för att göra chipskivor. Denna tunna film är det epitaxiala lagret. Nästan alla kiselkarbidanordningar realiseras på epitaxiala material. Högkvalitativ kiselkarbid homogena epitaxiala material är grunden för utvecklingen av kiselkarbidanordningar. Prestandan för epitaxiala material bestämmer direkt förverkligandet av prestandan för kiselkarbidanordningar.

Högström och högförlitlighet kiselkarbidanordningar har lagt fram strängare krav på ytmorfologi, defektdensitet, doping och tjocklekens enhetlighet hos epitaxiala material. Storstora, låg defekt densitet och hög enhetligkiselkarbidpitaxihar blivit nyckeln till utvecklingen av kiselkarbidindustrin.

Förberedelse av hög kvalitetkiselkarbidpitaxikräver avancerade processer och utrustning. Den mest använda kiselkarbid -epitaxial tillväxtmetoden är kemisk ångavsättning (CVD), som har fördelarna med exakt kontroll av epitaxial filmtjocklek och dopingkoncentration, färre defekter, måttlig tillväxthastighet och automatisk processkontroll. Det är en pålitlig teknik som framgångsrikt har kommersialiserats.

Silikonkarbid-CVD-epitaxi använder i allmänhet varm vägg eller varm vägg CVD-utrustning, vilket säkerställer fortsättningen av det epitaxiella skiktet 4H-kristall SIC under högre tillväxttemperaturförhållanden (1500-1700 ℃). Efter flera års utveckling kan var varm vägg eller varm vägg CVD delas upp i horisontella horisontella strukturreaktorer och vertikala vertikala strukturreaktorer enligt förhållandet mellan inloppsgasflödets riktning och substratytan.

Kvaliteten på kiselkarbid -epitaxialugn har huvudsakligen tre indikatorer. Den första är den epitaxiella tillväxtprestanda, inklusive tjocklekens enhetlighet, doping enhetlighet, defekthastighet och tillväxthastighet; Den andra är temperaturens prestanda för själva utrustningen, inklusive uppvärmning/kylningshastighet, maximal temperatur, temperaturens enhetlighet; och slutligen kostnaden för utrustningen själv, inklusive enhetspris och produktionskapacitet.

Skillnader mellan tre typer av kiselkarbid -epitaxiella tillväxtugnar

Horisontell CVD, varm vägg, varma väggplanetariska CVD och kvasi-heta vägg vertikala CVD är de mainstream epitaxial utrustningsteknologilösningarna som har tillämpats kommersiellt i detta skede. De tre tekniska utrustningen har också sina egna egenskaper och kan väljas efter behov. Strukturdiagrammet visas i figuren nedan:

Horisontellt CVD-system för heta väggen är i allmänhet ett enskilt stora tillväxtsystem i stor storlek som drivs av luftflotation och rotation. Det är lätt att uppnå bra indikatorer i wafer. Den representativa modellen är PE1O6 för LPE Company i Italien. Den här maskinen kan inse automatisk belastning och lossning av skivor vid 900 ℃. Huvudfunktionerna är hög tillväxttakt, kort epitaxialcykel, god konsistens inom skivan och mellan ugnar osv. Den har den högsta marknadsandelen i Kina.

According to LPE official reports, combined with the usage of major users, the 100-150mm (4-6 inches) 4H-SiC epitaxial wafer products with a thickness of less than 30μm produced by the Pe1O6 epitaxial furnace can stably achieve the following indicators: intra-wafer epitaxial thickness non-uniformity ≤2%, intra-wafer doping concentration non-uniformity ≤5%, surface defect density ≤1cm-2, ytdefektfritt område (2 mm × 2 mm enhetscell) ≥90%.

Inhemska företag som JSG, CETC 48, Naura och NASO har utvecklat monolitisk kiselkarbidepitaxial utrustning med liknande funktioner och har uppnått storskaliga transporter. Till exempel, i februari 2023, släppte JSG en 6-tums dubbla sic-epitaxial utrustning. Utrustningen använder de övre och nedre skikten i de övre och nedre skikten i grafitdelarna i reaktionskammaren för att odla två epitaxiala skivor i en enda ugn, och de övre och nedre processgaserna kan regleras separat, med en temperaturskillnad på ≤5 ° C, vilket effektivt utgör en nackdel med otillräcklig produktionskapacitet i monolitiska horisontallerala murar.SIC -beläggningshalvdelar. Vi levererar 6 tum och 8 tum halvmoondelar till användarna.

Det varma väggens planetära CVD-system, med ett planetariskt arrangemang av basen, kännetecknas av tillväxten av flera skivor i en enda ugn och hög utgångseffektivitet. Representativa modeller är AIXG5WWC (8x150mm) och G10-SIC (9 × 150 mm eller 6 × 200 mm) epitaxial utrustning av Aixtron i Tyskland.

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 Koncentration Icke-enhetlighet <2%.

Hittills används denna typ av modell sällan av inhemska användare, och produktionsdata för batch är otillräcklig, vilket i viss utsträckning begränsar sin tekniska tillämpning. På grund av de höga tekniska barriärerna för multi-wafer-epitaxiala ugnar när det gäller temperaturfält och flödesfältkontroll är utvecklingen av liknande inhemsk utrustning fortfarande i forsknings- och utvecklingsstadiet, och det finns ingen alternativ modell. Under tiden kan vi tillhandahålla aixtron planetarisk susceptor som 6 tum och 8 tum med TAC-beläggning eller sic-beläggning.

Det kvasi-heta väggen vertikala CVD-systemet roterar huvudsakligen med hög hastighet genom extern mekanisk hjälp. Dess karakteristik är att tjockleken på det viskösa skiktet effektivt reduceras med ett lägre reaktionskammartryck och därigenom ökar den epitaxiella tillväxthastigheten. Samtidigt har dess reaktionskammare inte en övre vägg på vilken Sic -partiklar kan deponeras, och det är inte lätt att producera fallande föremål. Det har en inneboende fördel i defektkontrollen. Representativa modeller är de enskilda epitaxiala ugnarna Epirevos6 och Epirevos8 i Japans nuflare.

Enligt NuFlare kan tillväxttakten för EpiRevos6-anordningen nå mer än 50μm/h, och ytdefektdensiteten för den epitaxiella skivan kan styras under 0,1 cm-²; När det gäller enhetlighetskontroll rapporterade Nuflare-ingenjören Yoshiaki Daigo de intra-wafer enhetliga resultaten av en 10μm tjock 6-tums epitaxial skiva som odlas med hjälp av Epirevos6, och den intra-wafer tjockleken och dopingkoncentrationen icke-enhetlighet nådde 1% respektive 2,6%.Övre grafitcylinder.

För närvarande har hushållsutrustningstillverkare som Core Third Generation och JSG designat och lanserat epitaxial utrustning med liknande funktioner, men de har inte använts i stor skala.

I allmänhet har de tre typerna av utrustning sina egna egenskaper och upptar en viss marknadsandel i olika tillämpningsbehov:

Den heta väggens horisontella CVD-struktur har ultrasnabb tillväxttakt, kvalitet och enhetlighet, enkel utrustningsdrift och underhåll och mogna storskaliga produktionsapplikationer. På grund av enstaka typ och ofta underhåll är produktionseffektiviteten låg; Den varma väggplanetariska CVD antar i allmänhet en 6 (bit) × 100 mm (4 tum) eller 8 (bit) × 150 mm (6 tum) magasinstruktur, vilket förbättrar produktionseffektiviteten i utrustningen avsevärt när det gäller produktionskapaciteten, men det är svårt att kontrollera konsistensen av flera delar, och produktionsutbytet är fortfarande det största problemet; Den kvasi-heta väggen vertikala CVD har en komplex struktur, och kvalitetsdefektstyrningen av den epitaxiella skivproduktionen är utmärkt, vilket kräver extremt rik underhålls- och användningsupplevelse av utrustning.

Med den kontinuerliga utvecklingen av branschen kommer dessa tre typer av utrustning att iterativt optimeras och uppgraderas när det gäller struktur, och utrustningskonfigurationen blir mer och mer perfekta och spelar en viktig roll för att matcha specifikationerna för epitaxiala wafers med olika tjocklekar och defektkrav.