Різні технічні способи печі епітаксіального вирощування SiC

Підкладки з карбіду кремнію мають багато дефектів і не можуть бути оброблені безпосередньо. Спеціальна монокристалічна тонка плівка повинна бути вирощена на них за допомогою епітаксійного процесу, щоб зробити чіпові пластини. Ця тонка плівка є епітаксійним шаром. Майже всі пристрої з карбіду кремнію реалізовані на епітаксіальних матеріалах. Високоякісні однорідні епітаксіальні матеріали з карбіду кремнію є основою для розробки пристроїв з карбіду кремнію. Продуктивність епітаксіальних матеріалів безпосередньо визначає реалізацію продуктивності пристроїв з карбіду кремнію.

Сильнострумові та високонадійні пристрої з карбіду кремнію висувають більш жорсткі вимоги до морфології поверхні, щільності дефектів, легування та однорідності товщини епітаксіальних матеріалів. Великий розмір, низька щільність дефектів і висока однорідністьепітаксія карбіду кремніюстала ключем до розвитку промисловості карбіду кремнію.

Підготовка якіснаепітаксія карбіду кремніювимагає передових процесів і обладнання. Найпоширенішим методом епітаксійного вирощування карбіду кремнію є хімічне осадження з парової фази (CVD), яке має переваги точного контролю товщини епітаксійної плівки та концентрації легування, меншої кількості дефектів, помірної швидкості росту та автоматичного керування процесом. Це надійна технологія, яка успішно комерціалізована.

CVD-епітаксія з карбіду кремнію зазвичай використовує CVD-обладнання з гарячою стінкою або гарячою стінкою, яке забезпечує продовження епітаксійного шару 4H кристалічного SiC за умов вищої температури росту (1500-1700 ℃). Після багатьох років розробки CVD з гарячою або теплою стінкою можна розділити на реактори з горизонтальною горизонтальною структурою та реактори з вертикальною вертикальною структурою відповідно до співвідношення між напрямком вхідного потоку газу та поверхнею підкладки.

Якість епітаксіальної печі з карбіду кремнію в основному має три показники. По-перше, це продуктивність епітаксіального росту, включаючи однорідність товщини, однорідність легування, швидкість дефекту та швидкість росту; другий – температурні характеристики самого обладнання, включаючи швидкість нагріву/охолодження, максимальну температуру, рівномірність температури; і, нарешті, вартість самого обладнання, включаючи ціну за одиницю та виробничу потужність.

Відмінності між трьома типами епітаксіальних печей карбіду кремнію

Горизонтальна CVD з гарячою стінкою, планетарна CVD з гарячою стінкою та вертикальна CVD з квазігарячою стінкою є основними технологічними рішеннями епітаксійного обладнання, які комерційно застосовуються на даному етапі. Три технічні засоби також мають свої особливості та можуть бути обрані відповідно до потреб. Структурна схема показана на малюнку нижче:

Горизонтальна CVD-система з гарячою стінкою, як правило, є однопластинковою великогабаритною системою росту, що приводиться в дію повітряною флотацією та обертанням. Хороших внутрішньовафельних показників досягти легко. Репрезентативною моделлю є Pe1O6 компанії LPE в Італії. Ця машина може реалізувати автоматичне завантаження та вивантаження пластин при 900 ℃. Основними характеристиками є висока швидкість росту, короткий епітаксійний цикл, хороша консистенція всередині пластини та між печами тощо. Він має найвищу частку ринку в Китаї

Відповідно до офіційних звітів LPE, у поєднанні з використанням основних користувачів епітаксіальні пластини 4H-SiC товщиною 100-150 мм (4-6 дюймів) із товщиною менше 30 мкм, вироблені в епітаксіальній печі Pe1O6, можуть стабільно досягати таких показників: нерівномірність епітаксійної товщини внутрішньої пластини ≤2%, нерівномірність концентрації допування внутрішньої пластини ≤5%, щільність поверхневих дефектів ≤1 см-2, площа без дефектів на поверхні (елементна комірка 2 мм × 2 мм) ≥90%.

Вітчизняні компанії, такі як JSG, CETC 48, NAURA та NASO, розробили монолітне епітаксіальне обладнання з карбіду кремнію з аналогічними функціями та досягли масштабних поставок. Наприклад, у лютому 2023 року JSG випустила 6-дюймове двопластинове епітаксіальне обладнання SiC. Обладнання використовує верхній і нижній шари верхнього і нижнього шарів графітових частин реакційної камери для вирощування двох епітаксійних пластин в одній печі, а верхній і нижній технологічні гази можна регулювати окремо, з різницею температур ≤ 5°C, що ефективно компенсує недолік недостатньої виробничої потужності монолітних горизонтальних епітаксіальних печей. Ключовою запчастиною єSiC покриття Halfmoon деталей.Ми постачаємо користувачам 6-дюймові та 8-дюймові деталі півмісяця.

Планетарна система CVD з теплими стінками та планетарним розташуванням основи характеризується вирощуванням кількох пластин в одній печі та високим ККД. Типовими моделями є епітаксіальне обладнання серії AIXG5WWC (8X150 мм) і G10-SiC (9 × 150 мм або 6 × 200 мм) від Aixtron з Німеччини.

Відповідно до офіційного звіту Aixtron, 6-дюймові епітаксіальні пластини 4H-SiC товщиною 10 мкм, виготовлені в епітаксіальній печі G10, можуть стабільно досягати наступних показників: відхилення епітаксіальної товщини між пластинами ±2,5%, епітаксіальна товщина внутрішньої пластини нерівномірність 2%, відхилення концентрації легування між пластинами ±5%, нерівномірність концентрації легування всередині пластини <2%.

До теперішнього часу цей тип моделі рідко використовується вітчизняними користувачами, а даних про серійне виробництво недостатньо, що певною мірою обмежує її інженерне застосування. Крім того, через високі технічні бар’єри багатопластинчастих епітаксіальних печей з точки зору температурного поля та поля потоку, розробка подібного вітчизняного обладнання все ще знаходиться на стадії досліджень і розробок, і немає альтернативної моделі. Тим часом , ми можемо надати Aixtron Planetary suceptor, наприклад 6 дюймів і 8 дюймів, з покриттям TaC або SiC.

Вертикальна CVD-система з квазігарячими стінками в основному обертається на високій швидкості за допомогою зовнішньої механічної допомоги. Його характеристика полягає в тому, що товщина в’язкого шару ефективно зменшується за рахунок нижчого тиску в реакційній камері, тим самим збільшуючи швидкість епітаксіального росту. У той же час його реакційна камера не має верхньої стінки, на якій можуть осідати частинки SiC, і виробляти падіння предметів нелегко. Він має невід'ємну перевагу в контролі дефектів. Типовими моделями є епітаксіальні печі з однією пластиною EPIREVOS6 і EPIREVOS8 японської компанії Nuflare.

Відповідно до Nuflare, швидкість росту пристрою EPIREVOS6 може досягати понад 50 мкм/год, а щільність поверхневих дефектів епітаксіальної пластини можна контролювати нижче 0,1 см-²; Що стосується контролю однорідності, інженер Nuflare Йошіакі Дайго повідомив про результати однорідності внутрішньої пластини 6-дюймової епітаксіальної пластини товщиною 10 мкм, вирощеної з використанням EPIREVOS6, і нерівномірність внутрішньої товщини пластини та концентрації допінгу досягла 1% і 2,6% відповідно. Ми надаємо деталі з високочистого графіту з покриттям SiC, наприкладВерхній графітовий циліндр.

В даний час вітчизняні виробники обладнання, такі як Core Third Generation і JSG, розробили і випустили епітаксіальне обладнання з подібними функціями, але воно не використовується у великих масштабах.

Загалом, три типи обладнання мають свої особливості та займають певну частку ринку в різних потребах застосування:

Горизонтальна CVD-структура з гарячою стінкою характеризується надшвидкими темпами зростання, якістю та рівномірністю, простотою експлуатації та обслуговування обладнання та розвиненим масштабним виробництвом. Однак через однопластинчастий тип і часте обслуговування ефективність виробництва низька; Планетарний CVD із теплими стінками зазвичай використовує лоткову структуру 6 (шт.) × 100 мм (4 дюйми) або 8 (шт.) × 150 мм (6 дюймів), що значно підвищує ефективність виробництва обладнання з точки зору виробничої потужності, але важко контролювати консистенцію кількох шматочків, і вихід продукції залишається найбільшою проблемою; вертикальний CVD із квазігарячою стінкою має складну структуру, а контроль якості виробництва епітаксіальних пластин є чудовим, що вимагає надзвичайно багатого досвіду обслуговування та використання обладнання.

З безперервним розвитком галузі ці три типи обладнання будуть ітеративно оптимізовані та модернізовані з точки зору структури, а конфігурація обладнання ставатиме все більш і більш досконалою, відіграючи важливу роль у відповідності специфікаціям епітаксіальних пластин різної товщини та вимоги до дефектів.