Различные технические решения печи для эпитаксиального выращивания SiC

Подложки из карбида кремния имеют множество дефектов и не поддаются непосредственной обработке. Для изготовления пластин-чипов на них необходимо вырастить специальную тонкую монокристаллическую пленку посредством эпитаксиального процесса. Эта тонкая пленка является эпитаксиальным слоем. Практически все устройства из карбида кремния реализованы на эпитаксиальных материалах. Высококачественные карбидокремниевые однородные эпитаксиальные материалы являются основой для разработки карбидокремниевых устройств. Характеристики эпитаксиальных материалов напрямую определяют реализацию характеристик устройств из карбида кремния.

В сильноточных и высоконадежных устройствах из карбида кремния выдвигаются более жесткие требования к морфологии поверхности, плотности дефектов, легированию и однородности толщины эпитаксиальных материалов. Большой размер, низкая плотность дефектов и высокая однородность.эпитаксия карбида кремниястал ключом к развитию промышленности карбида кремния.

Приготовление качественныхэпитаксия карбида кремниятребует передовых процессов и оборудования. Наиболее широко используемым методом эпитаксиального выращивания карбида кремния является химическое осаждение из паровой фазы (CVD), преимущества которого заключаются в точном контроле толщины эпитаксиальной пленки и концентрации легирования, меньшем количестве дефектов, умеренной скорости роста и автоматическом управлении процессом. Это надежная технология, которая успешно коммерциализирована.

Для CVD-эпитаксии карбида кремния обычно используется оборудование CVD с горячими или теплыми стенками, которое обеспечивает сохранение эпитаксиального слоя 4H кристалла SiC в условиях более высоких температур роста (1500-1700 ℃). После многих лет разработок CVD с горячими или теплыми стенками можно разделить на реакторы с горизонтальной горизонтальной структурой и реакторы с вертикальной вертикальной структурой в зависимости от соотношения между направлением входящего потока газа и поверхностью подложки.

Качество эпитаксиальной печи из карбида кремния в основном имеет три показателя. Во-первых, это характеристики эпитаксиального роста, включая однородность толщины, однородность легирования, уровень дефектов и скорость роста; второй — температурные характеристики самого оборудования, включая скорость нагрева/охлаждения, максимальную температуру, однородность температуры; и, наконец, экономическая эффективность самого оборудования, включая цену за единицу и производственную мощность.

Различия между тремя типами печей для эпитаксиального выращивания карбида кремния

Горизонтальное CVD с горячей стенкой, планетарное CVD с теплой стенкой и вертикальное CVD с квазигорячей стенкой являются основными технологическими решениями для эпитаксиального оборудования, которые на данном этапе применяются в коммерческих целях. Три технических оборудования также имеют свои особенности и могут быть выбраны в соответствии с потребностями. Структурная схема представлена ​​на рисунке ниже:

Горизонтальная система CVD с горячей стенкой, как правило, представляет собой систему выращивания большого размера с одной пластиной, приводимую в движение воздушной флотацией и вращением. Добиться хороших внутрипластинных показателей несложно. Репрезентативная модель — Pe1O6 компании LPE в Италии. Эта машина может осуществлять автоматическую загрузку и выгрузку пластин при температуре 900 ℃. Основными особенностями являются высокая скорость роста, короткий эпитаксиальный цикл, хорошая однородность внутри пластины и между печами и т. д. Он имеет самую высокую долю рынка в Китае.

Согласно официальным отчетам LPE, в сочетании с использованием основных пользователей, эпитаксиальные пластины 4H-SiC диаметром 100-150 мм (4-6 дюймов) и толщиной менее 30 мкм, производимые эпитаксиальной печью Pe1O6, могут стабильно достигать следующих показателей: неравномерность эпитаксиальной толщины внутри пластины ≤2%, неоднородность концентрации легирования внутри пластины ≤5%, плотность поверхностных дефектов ≤1 см-2, площадь поверхности без дефектов (элементарная ячейка 2 мм × 2 мм) ≥90%.

Такие отечественные компании, как JSG, CETC 48, NAURA и NASO, разработали монолитное эпитаксиальное оборудование из карбида кремния с аналогичными функциями и добились масштабных поставок. Например, в феврале 2023 года компания JSG выпустила 6-дюймовое эпитаксиальное оборудование SiC с двойной пластиной. В оборудовании используются верхний и нижний слои графитовой части реакционной камеры для выращивания двух эпитаксиальных пластин в одной печи, а верхний и нижний технологические газы могут регулироваться отдельно, с разницей температур ≤ 5°C, что эффективно компенсирует недостаток недостаточной производственной мощности монолитных горизонтальных эпитаксиальных печей. Ключевой запчастью являетсяДетали полумесяца с покрытием SiC.Мы поставляем пользователям полумесяцы размером 6 и 8 дюймов.

Планетарная система CVD с теплыми стенками и планетарным расположением основания характеризуется выращиванием нескольких пластин в одной печи и высоким КПД. Типичными моделями являются эпитаксиальное оборудование серий AIXG5WWC (8X150 мм) и G10-SiC (9×150 мм или 6×200 мм) компании Aixtron, Германия.

Согласно официальному отчету Aixtron, 6-дюймовые эпитаксиальные пластины 4H-SiC толщиной 10 мкм, производимые эпитаксиальной печью G10, могут стабильно достигать следующих показателей: отклонение эпитаксиальной толщины между пластинами ± 2,5%, эпитаксиальная толщина внутри пластины. неравномерность 2%, отклонение концентрации легирования между пластинами ± 5%, неравномерность концентрации легирования внутри пластины <2%.

До сих пор данный тип модели редко используется отечественными пользователями, а данные о серийном производстве недостаточны, что в определенной степени ограничивает ее инженерное применение. Кроме того, из-за высоких технических барьеров многопластинных эпитаксиальных печей с точки зрения управления температурным полем и полем потока разработка подобного отечественного оборудования все еще находится на стадии исследований и разработок, и альтернативной модели нет. Мы можем предоставить планетарные датчики Aixtron размером 6 и 8 дюймов с покрытием TaC или покрытием SiC.

Вертикальная система CVD с квазигорячей стенкой в ​​основном вращается с высокой скоростью за счет внешней механической помощи. Его особенностью является то, что толщина вязкого слоя эффективно уменьшается за счет более низкого давления в реакционной камере, тем самым увеличивая скорость эпитаксиального роста. В то же время его реакционная камера не имеет верхней стенки, на которой можно было бы осаждать частицы SiC, и создать падающие предметы непросто. Он имеет неотъемлемое преимущество в борьбе с дефектами. Типичными моделями являются эпитаксиальные печи с одной пластиной EPIREVOS6 и EPIREVOS8 японской компании Nuflare.

По данным Nuflare, скорость роста устройства EPIREVOS6 может достигать более 50 мкм/ч, а плотность поверхностных дефектов эпитаксиальной пластины можно контролировать ниже 0,1 см-²; Что касается контроля однородности, инженер Nuflare Йошиаки Дайго сообщил о результатах однородности внутри пластины 6-дюймовой эпитаксиальной пластины толщиной 10 мкм, выращенной с использованием EPIREVOS6, а неоднородность толщины внутри пластины и концентрации легирующей примеси достигла 1% и 2,6% соответственно. Мы поставляем детали из графита высокой чистоты с покрытием SiC, такие какВерхний графитовый цилиндр.

В настоящее время отечественные производители оборудования, такие как Core Third Generation и JSG, разработали и выпустили на рынок эпитаксиальное оборудование с аналогичными функциями, однако оно не получило широкого применения.

В целом, три типа оборудования имеют свои особенности и занимают определенную долю рынка в различных прикладных задачах:

Горизонтальная структура CVD с горячими стенками отличается сверхбыстрой скоростью роста, качеством и однородностью, простотой эксплуатации и обслуживания оборудования, а также развитыми крупномасштабными производственными приложениями. Однако из-за типа одной пластины и частого обслуживания эффективность производства низкая; Планетарный CVD с теплыми стенками обычно имеет структуру лотка размером 6 (шт.) × 100 мм (4 дюйма) или 8 (шт.) × 150 мм (6 дюймов), что значительно повышает эффективность производства оборудования с точки зрения производственной мощности, но трудно контролировать согласованность нескольких изделий, а выход продукции по-прежнему остается самой большой проблемой; Вертикальный CVD с квазигорячей стенкой имеет сложную структуру, а контроль дефектов качества при производстве эпитаксиальных пластин превосходен, что требует чрезвычайно богатого опыта обслуживания и использования оборудования.

По мере непрерывного развития отрасли эти три типа оборудования будут итеративно оптимизироваться и модернизироваться с точки зрения структуры, а конфигурация оборудования будет становиться все более совершенной, играя важную роль в согласовании характеристик эпитаксиальных пластин различной толщины и толщины. Требования к дефектам.