SiC epitaksiyel büyütme fırınının farklı teknik yolları

Silisyum karbür alt tabakaların birçok kusuru vardır ve doğrudan işlenemez. Çipli gofretler yapmak için epitaksiyel bir işlem yoluyla üzerlerinde belirli bir tek kristal ince filmin büyütülmesi gerekir. Bu ince film epitaksiyel tabakadır. Hemen hemen tüm silisyum karbür cihazlar epitaksiyel malzemeler üzerinde gerçekleştirilir. Yüksek kaliteli silisyum karbür homojen epitaksiyel malzemeler, silisyum karbür cihazların geliştirilmesinin temelini oluşturur. Epitaksiyel malzemelerin performansı, silisyum karbür cihazların performansının gerçekleşmesini doğrudan belirler.

Yüksek akımlı ve yüksek güvenilirliğe sahip silisyum karbür cihazlar, epitaksiyel malzemelerin yüzey morfolojisi, kusur yoğunluğu, katkılama ve kalınlık tekdüzeliği konusunda daha sıkı gereksinimler ortaya koymuştur. Büyük boyutlu, düşük kusurlu yoğunluk ve yüksek tekdüzeliksilisyum karbür epitaksisilisyum karbür endüstrisinin gelişmesinin anahtarı haline geldi.

Yüksek kalitede hazırlanmasısilisyum karbür epitaksigelişmiş süreç ve ekipman gerektirir. En yaygın olarak kullanılan silisyum karbür epitaksiyel büyüme yöntemi, epitaksiyel film kalınlığı ve doping konsantrasyonunun hassas kontrolü, daha az kusur, orta büyüme hızı ve otomatik proses kontrolü avantajlarına sahip olan kimyasal buhar biriktirmedir (CVD). Başarılı bir şekilde ticarileştirilmiş güvenilir bir teknolojidir.

Silisyum karbür CVD epitaksi genellikle epitaksiyel katman 4H kristal SiC'nin daha yüksek büyüme sıcaklığı koşulları (1500-1700 ℉) altında devamını sağlayan sıcak duvar veya sıcak duvar CVD ekipmanını kullanır. Yıllar süren geliştirmelerden sonra, sıcak duvarlı veya sıcak duvarlı CVD, giriş gazı akışının yönü ile alt tabaka yüzeyi arasındaki ilişkiye göre yatay yatay yapılı reaktörlere ve dikey dikey yapılı reaktörlere bölünebilir.

Silisyum karbür epitaksiyel fırının kalitesi esas olarak üç göstergeye sahiptir. Birincisi, kalınlık tekdüzeliği, doping tekdüzeliği, kusur oranı ve büyüme oranı dahil olmak üzere epitaksiyel büyüme performansıdır; ikincisi, ısıtma/soğutma oranı, maksimum sıcaklık, sıcaklık eşitliği dahil olmak üzere ekipmanın kendisinin sıcaklık performansıdır; ve son olarak birim fiyat ve üretim kapasitesi de dahil olmak üzere ekipmanın maliyet performansı.

Üç tip silisyum karbür epitaksiyel büyütme fırını arasındaki farklar

Sıcak duvar yatay CVD, sıcak duvar planet CVD ve yarı sıcak duvar dikey CVD, bu aşamada ticari olarak uygulanan ana epitaksiyel ekipman teknolojisi çözümleridir. Üç teknik ekipmanın da kendine has özellikleri vardır ve ihtiyaca göre seçilebilir. Yapı şeması aşağıdaki şekilde gösterilmektedir:

Sıcak duvarlı yatay CVD sistemi genellikle hava flotasyonu ve rotasyonu ile tahrik edilen tek plakalı büyük boyutlu bir büyüme sistemidir. İyi plaka içi göstergelere ulaşmak kolaydır. Temsili model İtalya'daki LPE Şirketinin Pe1O6'sıdır. Bu makine, gofretlerin 900 ° C'de otomatik olarak yüklenmesini ve boşaltılmasını gerçekleştirebilir. Başlıca özellikleri yüksek büyüme oranı, kısa epitaksiyel döngü, levha içinde ve fırınlar arasında iyi tutarlılıktır. Çin'de en yüksek pazar payına sahiptir.

LPE resmi raporlarına göre, büyük kullanıcıların kullanımıyla birlikte Pe1O6 epitaksiyel fırın tarafından üretilen, kalınlığı 30μm'den az olan 100-150mm (4-6 inç) 4H-SiC epitaksiyel gofret ürünleri aşağıdaki göstergeleri istikrarlı bir şekilde elde edebilir: levha içi epitaksiyel kalınlık düzensizliği ≤%2, levha içi katkı konsantrasyonu düzensizliği ≤%5, yüzey kusur yoğunluğu ≤1cm-2, yüzey kusursuz alanı (2mm×2mm birim hücre) ≥%90.

JSG, CETC 48, NAURA ve NASO gibi yerli şirketler benzer işlevlere sahip monolitik silisyum karbür epitaksiyel ekipmanlar geliştirerek büyük ölçekli sevkiyatlar gerçekleştirdiler. Örneğin, Şubat 2023'te JSG, 6 inçlik çift katmanlı SiC epitaksiyel ekipmanını piyasaya sürdü. Ekipman, tek bir fırında iki epitaksiyel levhayı büyütmek için reaksiyon odasının grafit parçalarının üst ve alt katmanlarının üst ve alt katmanlarını kullanır ve üst ve alt proses gazları, ≤ sıcaklık farkıyla ayrı ayrı düzenlenebilir. Monolitik yatay epitaksiyel fırınların yetersiz üretim kapasitesi dezavantajını etkili bir şekilde telafi eden 5°C. Temel yedek parçaSiC Kaplama Yarım Ay Parçaları.6 inç ve 8 inç yarım ay parçalarını kullanıcılara sunmaktayız.

Tabanın gezegensel düzenlemesine sahip sıcak duvarlı gezegensel CVD sistemi, tek bir fırında birden fazla levhanın büyümesi ve yüksek çıktı verimliliği ile karakterize edilir. Temsili modeller, Almanya'daki Aixtron'un AIXG5WWC (8X150mm) ve G10-SiC (9x150mm veya 6x200mm) serisi epitaksiyel ekipmanıdır.

Aixtron'un resmi raporuna göre, G10 epitaksiyel fırın tarafından üretilen 10μm kalınlığa sahip 6 inç 4H-SiC epitaksiyel levha ürünleri aşağıdaki göstergeleri istikrarlı bir şekilde elde edebilir: levhalar arası epitaksiyel kalınlık sapması ±%2,5, levha içi epitaksiyel kalınlık %2'lik düzensizlik, levhalar arası katkı konsantrasyonu sapması ±%5, levha içi katkılama konsantrasyonu eşitsizliği <%2.

Şimdiye kadar bu tür modeller ev kullanıcıları tarafından nadiren kullanılıyor ve seri üretim verileri yetersiz, bu da mühendislik uygulamalarını bir dereceye kadar kısıtlıyor. Ayrıca çok plakalı epitaksiyel fırınların sıcaklık alanı ve akış alanı kontrolü açısından teknik engellerinin yüksek olması nedeniyle benzer yerli ekipmanların geliştirilmesi halen araştırma geliştirme aşamasında olup alternatif bir model bulunmamaktadır. TaC kaplamalı veya SiC kaplamalı 6 inç ve 8 inç gibi Aixtron Planet suseptörlerini sağlayabiliriz.

Yarı sıcak duvarlı dikey CVD sistemi esas olarak harici mekanik yardım yoluyla yüksek hızda döner. Karakteristik özelliği, viskoz tabakanın kalınlığının, daha düşük bir reaksiyon odası basıncı ile etkili bir şekilde azaltılması, böylece epitaksiyel büyüme oranının arttırılmasıdır. Aynı zamanda reaksiyon odasının SiC parçacıklarının birikebileceği bir üst duvarı yoktur ve düşen nesnelerin oluşması kolay değildir. Kusur kontrolünde doğal bir avantaja sahiptir. Temsili modeller, Japonya'nın Nuflare firmasının tek plakalı epitaksiyel fırınları EPIREVOS6 ve EPIREVOS8'dir.

Nuflare'ye göre, EPIREVOS6 cihazının büyüme hızı 50μm/saatin üzerine çıkabiliyor ve epitaksiyel levhanın yüzey kusur yoğunluğu 0,1cm-²'nin altında kontrol edilebiliyor; tekdüzelik kontrolü açısından, Nuflare mühendisi Yoshiaki Daigo, EPIREVOS6 kullanılarak büyütülen 10μm kalınlığında 6 inç epitaksiyel levhanın levha içi tekdüzelik sonuçlarını bildirdi ve levha içi kalınlık ve katkı konsantrasyonu eşitsizliğinin sırasıyla %1 ve %2,6'ya ulaştığı görüldü. SiC kaplı yüksek saflıkta grafit parçalar sağlıyoruzÜst Grafit Silindir.

Şu anda Core Third Generation ve JSG gibi yerli ekipman üreticileri benzer işlevlere sahip epitaksiyel ekipmanlar tasarlayıp piyasaya sürdüler, ancak bunlar geniş ölçekte kullanılmadı.

Genel olarak, üç tip ekipmanın kendine has özellikleri vardır ve farklı uygulama ihtiyaçlarında belirli bir pazar payına sahiptir:

Sıcak duvarlı yatay CVD yapısı, ultra hızlı büyüme oranı, kalite ve tekdüzelik, basit ekipman kullanımı ve bakımı ve olgun büyük ölçekli üretim uygulamalarına sahiptir. Ancak tek plakalı tip olması ve sık bakım yapılması nedeniyle üretim verimliliği düşüktür; Sıcak duvarlı planet CVD genellikle 6 (parça) × 100 mm (4 inç) veya 8 (parça) × 150 mm (6 inç) tepsi yapısını benimser; bu, üretim kapasitesi açısından ekipmanın üretim verimliliğini büyük ölçüde artırır, ancak birden fazla parçanın tutarlılığını kontrol etmek zordur ve üretim verimi hala en büyük sorundur; yarı sıcak duvarlı dikey CVD karmaşık bir yapıya sahiptir ve epitaksiyel levha üretiminin kalite kusur kontrolü mükemmeldir, bu da son derece zengin ekipman bakımı ve kullanım deneyimi gerektirir.

Endüstrinin sürekli gelişmesiyle birlikte, bu üç tip ekipman tekrar tekrar optimize edilecek ve yapı açısından yükseltilecek ve ekipman konfigürasyonu giderek daha mükemmel hale gelecek ve farklı kalınlıktaki epitaksiyel levhaların özelliklerinin eşleştirilmesinde önemli bir rol oynayacaktır. kusur gereksinimleri.