Optimalisert og oversatt innhold på epitaksialt vekstutstyr av silisiumkarbid

Silisiumkarbid (SiC)-substrater har mange defekter som hindrer direkte bearbeiding. For å lage chipwafere må en spesifikk enkeltkrystallfilm dyrkes på SiC-substratet gjennom en epitaksial prosess. Denne filmen er kjent som det epitaksiale laget. Nesten alle SiC-enheter er realisert på epitaksiale materialer, og homoepitaksiale SiC-materialer av høy kvalitet danner grunnlaget for utvikling av SiC-enheter. Ytelsen til epitaksiale materialer bestemmer direkte ytelsen til SiC-enheter.

SiC-enheter med høy strømstyrke og høy pålitelighet stiller strenge krav til overflatemorfologien, defekttettheten, dopingsensartetheten og tykkelsesensartetheten tilepitaksialmaterialer. Å oppnå SiC-epitaksi i stor størrelse, lav defekttetthet og høy jevnhet har blitt avgjørende for utviklingen av SiC-industrien.

Å produsere høykvalitets SiC-epitaksi er avhengig av avanserte prosesser og utstyr. For tiden er den mest brukte metoden for SiC epitaksial vekstKjemisk dampavsetning (CVD).CVD tilbyr presis kontroll over epitaksial filmtykkelse og dopingkonsentrasjon, lav defekttetthet, moderat veksthastighet og automatisert prosesskontroll, noe som gjør den til en pålitelig teknologi for vellykkede kommersielle applikasjoner.

SiC CVD epitaksibruker vanligvis varmvegg eller varmvegg CVD-utstyr. Høye veksttemperaturer (1500–1700°C) sikrer fortsettelsen av den 4H-SiC krystallinske formen. Basert på forholdet mellom gassstrømretningen og substratoverflaten, kan reaksjonskamrene til disse CVD-systemene klassifiseres i horisontale og vertikale strukturer.

Kvaliteten på SiC-epitaksiale ovner bedømmes hovedsakelig på tre aspekter: epitaksial vekstintelse (inkludert jevnhet i tykkelse, dopinguniformitet, defekthastighet og veksthastighet), temperaturytelse til utstyret (inkludert oppvarmings-/kjølehastigheter, maksimal temperatur og temperaturuniformitet ), og kostnadseffektivitet (inkludert enhetspris og produksjonskapasitet).

Forskjeller mellom tre typer SiC epitaksiale vekstovner

1. Horisontale CVD-systemer med varme vegger:

-Funksjoner:Generelt har enkelt-wafer-vekstsystemer i stor størrelse drevet av gassflotasjonsrotasjon, og oppnår utmerkede intra-wafer-målinger.

-Representativ modell:LPEs Pe1O6, i stand til automatisk lasting/lossing av wafer ved 900°C. Kjent for høye veksthastigheter, korte epitaksiale sykluser og konsistent intra-wafer og inter-run ytelse.

-Ytelse:For 4-6 tommers 4H-SiC epitaksiale wafere med tykkelse ≤30μm, oppnår den intra-wafer tykkelse ujevnhet ≤2%, dopingkonsentrasjon ujevnhet ≤5%, overflatedefekttetthet ≤1 cm-² og defektfri overflateareal (2 mm×2 mm celler) ≥90 %.

-Innenlandske produsenter: Selskaper som Jingsheng Mechatronics, CETC 48, North Huachuang og Nasset Intelligent har utviklet lignende single-wafer SiC epitaksialutstyr med oppskalert produksjon.

2. Planetariske CVD-systemer med varme vegger:

-Funksjoner:Bruk planetariske arrangementsbaser for multi-wafer-vekst per batch, noe som forbedrer utgangseffektiviteten betydelig.

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

-Ytelse:For 6-tommers 4H-SiC epitaksiale wafere med tykkelse ≤10μm, oppnår den inter-wafer tykkelsesavvik ±2,5%, intra-wafer tykkelse ujevnhet 2%, interwafer dopingkonsentrasjonsavvik ±5%, og intra-wafer doping konsentrasjonsujevnhet <2 %.

-Utfordringer:Begrenset bruk i hjemmemarkedene på grunn av mangel på batchproduksjonsdata, tekniske barrierer i temperatur- og strømningsfeltkontroll og pågående FoU uten implementering i stor skala.

3. Kvasi-hot-wall vertikale CVD-systemer:

- Funksjoner:Benytt ekstern mekanisk assistanse for høyhastighets substratrotasjon, redusering av grenselagtykkelse og forbedring av epitaksial veksthastighet, med iboende fordeler ved defektkontroll.

- Representative modeller:Nuflares single-wafer EPIREVOS6 og EPIREVOS8.

-Ytelse:Oppnår veksthastigheter over 50 μm/t, overflatedefekttetthetskontroll under 0,1 cm-², og intra-wafertykkelse og ujevnhet i dopingkonsentrasjon på henholdsvis 1 % og 2,6 %.

-Innenlandsk utvikling:Selskaper som Xingsandai og Jingsheng Mechatronics har designet lignende utstyr, men har ikke oppnådd storskala bruk.

Sammendrag

Hver av de tre strukturelle typene SiC epitaksielt vekstutstyr har distinkte egenskaper og okkuperer spesifikke markedssegmenter basert på applikasjonskrav. Hot-wall horisontal CVD tilbyr ultraraske veksthastigheter og balansert kvalitet og ensartethet, men har lavere produksjonseffektivitet på grunn av enkelt-wafer-behandling. Planetarisk CVD med varme vegger øker produksjonseffektiviteten betydelig, men står overfor utfordringer i konsistenskontroll med flere wafere. Quasi-hot-wall vertikal CVD utmerker seg i defektkontroll med kompleks struktur og krever omfattende vedlikehold og driftserfaring.

Etter hvert som industrien utvikler seg, vil iterativ optimalisering og oppgraderinger i disse utstyrsstrukturene føre til stadig mer raffinerte konfigurasjoner, som spiller en avgjørende rolle for å møte ulike epitaksiale wafer-spesifikasjoner for tykkelse og defektkrav.

Fordeler og ulemper med forskjellige SiC epitaksiale vekstovner

Med kontinuerlig industriutvikling vil disse tre typer utstyr gjennomgå iterativ strukturell optimalisering og oppgraderinger, noe som fører til stadig mer raffinerte konfigurasjoner som samsvarer med ulike epitaksiale wafer-spesifikasjoner for tykkelse og defektkrav.