Geoptimaliseerde en vertaalde inhoud over epitaxiale groeiapparatuur van siliciumcarbide

Siliciumcarbide (SiC)-substraten hebben talrijke gebreken die directe verwerking verhinderen. Om chipwafels te maken, moet via een epitaxiaal proces een specifieke eenkristalfilm op het SiC-substraat worden gegroeid. Deze film staat bekend als de epitaxiale laag. Bijna alle SiC-apparaten worden gerealiseerd op epitaxiale materialen, en hoogwaardige homo-epitaxiale SiC-materialen vormen de basis voor de ontwikkeling van SiC-apparaten. De prestaties van epitaxiale materialen bepalen rechtstreeks de prestaties van SiC-apparaten.

SiC-apparaten met hoge stroomsterkte en hoge betrouwbaarheid stellen strenge eisen aan de oppervlaktemorfologie, defectdichtheid, doteringsuniformiteit en dikte-uniformiteit vanepitaxiaalmaterialen. Het bereiken van grote afmetingen, een lage defectdichtheid en een hoge uniformiteit van SiC-epitaxie is van cruciaal belang geworden voor de ontwikkeling van de SiC-industrie.

Het produceren van hoogwaardige SiC-epitaxie is afhankelijk van geavanceerde processen en apparatuur. Momenteel is de meest gebruikte methode voor epitaxiale SiC-groeiChemische dampafzetting (CVD).CVD biedt nauwkeurige controle over epitaxiale filmdikte en dopingconcentratie, lage defectdichtheid, gematigde groeisnelheid en geautomatiseerde procescontrole, waardoor het een betrouwbare technologie is voor succesvolle commerciële toepassingen.

SiC CVD-epitaxiemaakt doorgaans gebruik van CVD-apparatuur met warme of warme wand. Hoge groeitemperaturen (1500–1700°C) zorgen voor de voortzetting van de kristallijne vorm van 4H-SiC. Op basis van de relatie tussen de gasstroomrichting en het substraatoppervlak kunnen de reactiekamers van deze CVD-systemen worden ingedeeld in horizontale en verticale structuren.

De kwaliteit van SiC-epitaxiale ovens wordt voornamelijk beoordeeld op drie aspecten: epitaxiale groeiprestaties (inclusief dikte-uniformiteit, doteringsuniformiteit, defectpercentage en groeisnelheid), temperatuurprestaties van de apparatuur (inclusief verwarmings-/koelsnelheden, maximale temperatuur en temperatuuruniformiteit ) en kosteneffectiviteit (inclusief eenheidsprijs en productiecapaciteit).

Verschillen tussen drie soorten SiC epitaxiale groeiovens

1. Hot-wall horizontale CVD-systemen:

-Functies:Over het algemeen zijn ze voorzien van grootschalige groeisystemen met één wafer, aangedreven door rotatie van gasflotatie, waardoor uitstekende intra-wafer-metrieken worden bereikt.

-Representatief model:LPE's Pe1O6, geschikt voor geautomatiseerd laden/lossen van wafers bij 900°C. Bekend om hoge groeisnelheden, korte epitaxiale cycli en consistente prestaties binnen wafers en tussen runs.

-Prestatie:Voor 4-6 inch 4H-SiC epitaxiale wafers met een dikte ≤30 μm wordt een niet-uniformiteit binnen de waferdikte ≤2%, niet-uniformiteit van de dopingconcentratie ≤5%, oppervlaktedefectdichtheid ≤1 cm² en defectvrij bereikt oppervlakte (cellen van 2 mm x 2 mm) ≥90%.

-Binnenlandse fabrikanten: Bedrijven als Jingsheng Mechatronics, CETC 48, North Huachuang en Nasset Intelligent hebben soortgelijke epitaxiale SiC-apparatuur met één wafer ontwikkeld met opgeschaalde productie.

2. Planetaire CVD-systemen met warme muren:

-Functies:Gebruik planetaire opstellingsbasissen voor de groei van meerdere wafers per batch, waardoor de uitvoerefficiëntie aanzienlijk wordt verbeterd.

-Representatieve modellen:Aixtron's AIXG5WWC (8x150mm) en G10-SiC (9x150mm of 6x200mm) series.

-Prestatie:Voor 6-inch 4H-SiC epitaxiale wafers met een dikte ≤10 μm wordt een dikteafwijking tussen de wafers bereikt van ± 2,5%, niet-uniformiteit tussen de waferdikte 2%, een afwijking van de dopingconcentratie tussen de wafers ± 5% en doping binnen de wafer concentratie niet-uniformiteit <2%.

-Uitdagingen:Beperkte acceptatie op de binnenlandse markten vanwege een gebrek aan batchproductiegegevens, technische barrières op het gebied van temperatuur- en stroomveldcontrole en voortdurende R&D zonder grootschalige implementatie.

3. Quasi-hot-wall verticale CVD-systemen:

- Functies:Maak gebruik van externe mechanische hulp voor substraatrotatie op hoge snelheid, verminder de dikte van de grenslaag en verbeter de epitaxiale groeisnelheid, met inherente voordelen bij het beheersen van defecten.

- Representatieve modellen:Nuflare's EPIREVOS6 en EPIREVOS8 met één wafer.

-Prestatie:Bereikt groeisnelheden van meer dan 50 μm/u, controle van de oppervlaktedefectdichtheid onder 0,1 cm², en een niet-uniformiteit van de intra-waferdikte en dopingconcentratie van respectievelijk 1% en 2,6%.

-Binnenlandse ontwikkeling:Bedrijven als Xingsandai en Jingsheng Mechatronics hebben soortgelijke apparatuur ontworpen, maar hebben geen grootschalige toepassing bereikt.

Samenvatting

Elk van de drie structurele typen epitaxiale groeiapparatuur van SiC heeft verschillende kenmerken en bezet specifieke marktsegmenten op basis van toepassingsvereisten. Hot-wall horizontale CVD biedt ultrasnelle groeisnelheden en een evenwichtige kwaliteit en uniformiteit, maar heeft een lagere productie-efficiëntie vanwege de verwerking van één wafer. Planetaire CVD met warme wanden verbetert de productie-efficiëntie aanzienlijk, maar wordt geconfronteerd met uitdagingen bij de controle van de consistentie van meerdere wafers. Quasi-hot-wall verticale CVD blinkt uit in defectbeheersing met een complexe structuur en vereist uitgebreide onderhouds- en operationele ervaring.

Naarmate de industrie evolueert, zullen iteratieve optimalisaties en upgrades van deze apparatuurstructuren leiden tot steeds verfijndere configuraties, die een cruciale rol spelen bij het voldoen aan diverse epitaxiale waferspecificaties voor dikte- en defectvereisten.

Voor- en nadelen van verschillende SiC epitaxiale groeiovens

Met de voortdurende industriële ontwikkeling zullen deze drie soorten apparatuur iteratieve structurele optimalisaties en upgrades ondergaan, wat zal leiden tot steeds verfijndere configuraties die overeenkomen met verschillende epitaxiale waferspecificaties voor dikte- en defectvereisten.