Διαφορετικές τεχνικές διαδρομές του κλιβάνου επιταξιακής ανάπτυξης SiC

Τα υποστρώματα καρβιδίου του πυριτίου έχουν πολλά ελαττώματα και δεν μπορούν να υποστούν άμεση επεξεργασία. Μια συγκεκριμένη λεπτή μεμβράνη μονού κρυστάλλου πρέπει να αναπτυχθεί πάνω τους μέσω μιας επιταξιακής διαδικασίας για να γίνουν γκοφρέτες τσιπ. Αυτή η λεπτή μεμβράνη είναι το επιταξιακό στρώμα. Σχεδόν όλες οι συσκευές καρβιδίου του πυριτίου κατασκευάζονται σε επιταξιακά υλικά. Τα υψηλής ποιότητας ομοιογενή επιταξιακά υλικά καρβιδίου του πυριτίου αποτελούν τη βάση για την ανάπτυξη συσκευών καρβιδίου του πυριτίου. Η απόδοση των επιταξιακών υλικών καθορίζει άμεσα την πραγματοποίηση της απόδοσης των συσκευών καρβιδίου του πυριτίου.

Οι συσκευές καρβιδίου του πυριτίου υψηλού ρεύματος και υψηλής αξιοπιστίας έχουν θέσει πιο αυστηρές απαιτήσεις σχετικά με τη μορφολογία της επιφάνειας, την πυκνότητα ελαττώματος, το ντόπινγκ και την ομοιομορφία πάχους των επιταξιακών υλικών. Μεγάλου μεγέθους, χαμηλής ελαττωματικής πυκνότητας και υψηλής ομοιομορφίαςεπιταξία καρβιδίου του πυριτίουέχει γίνει το κλειδί για την ανάπτυξη της βιομηχανίας καρβιδίου του πυριτίου.

Η προετοιμασία υψηλής ποιότηταςεπιταξία καρβιδίου του πυριτίουαπαιτεί προηγμένες διαδικασίες και εξοπλισμό. Η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη μέθοδος επιταξιακής ανάπτυξης καρβιδίου του πυριτίου είναι η χημική εναπόθεση ατμών (CVD), η οποία έχει τα πλεονεκτήματα του ακριβούς ελέγχου του επιταξιακού πάχους του φιλμ και της συγκέντρωσης ντόπινγκ, λιγότερων ελαττωμάτων, μέτριου ρυθμού ανάπτυξης και αυτόματου ελέγχου της διαδικασίας. Είναι μια αξιόπιστη τεχνολογία που έχει εμπορευματοποιηθεί με επιτυχία.

Η επιταξία CVD καρβιδίου του πυριτίου χρησιμοποιεί γενικά εξοπλισμό CVD θερμού τοίχου ή θερμού τοίχου, ο οποίος εξασφαλίζει τη συνέχιση του επιταξιακού στρώματος 4H κρυστάλλου SiC υπό συνθήκες υψηλότερης θερμοκρασίας ανάπτυξης (1500-1700℃). Μετά από χρόνια ανάπτυξης, το CVD θερμού τοίχου ή θερμού τοίχου μπορεί να χωριστεί σε αντιδραστήρες οριζόντιας οριζόντιας δομής και αντιδραστήρες κατακόρυφης δομής σύμφωνα με τη σχέση μεταξύ της κατεύθυνσης της ροής αερίου εισόδου και της επιφάνειας του υποστρώματος.

Η ποιότητα του επιταξιακού κλιβάνου καρβιδίου του πυριτίου έχει κυρίως τρεις δείκτες. Το πρώτο είναι η επιταξιακή απόδοση ανάπτυξης, συμπεριλαμβανομένης της ομοιομορφίας πάχους, της ομοιομορφίας ντόπινγκ, του ρυθμού ελαττώματος και του ρυθμού ανάπτυξης. Το δεύτερο είναι η απόδοση θερμοκρασίας του ίδιου του εξοπλισμού, συμπεριλαμβανομένου του ρυθμού θέρμανσης/ψύξης, της μέγιστης θερμοκρασίας, της ομοιομορφίας θερμοκρασίας. και τέλος την απόδοση κόστους του ίδιου του εξοπλισμού, συμπεριλαμβανομένης της τιμής μονάδας και της παραγωγικής ικανότητας.

Διαφορές μεταξύ τριών τύπων κλιβάνων επιταξιακής ανάπτυξης καρβιδίου του πυριτίου

Οριζόντια CVD θερμού τοίχου, πλανητική CVD θερμού τοίχου και κάθετη CVD σχεδόν θερμού τοίχου είναι οι κύριες λύσεις τεχνολογίας επιταξιακού εξοπλισμού που έχουν εφαρμοστεί εμπορικά σε αυτό το στάδιο. Ο τρεις τεχνικός εξοπλισμός έχουν επίσης τα δικά τους χαρακτηριστικά και μπορούν να επιλεγούν ανάλογα με τις ανάγκες. Το διάγραμμα δομής φαίνεται στο παρακάτω σχήμα:

Το οριζόντιο σύστημα CVD με θερμό τοίχωμα είναι γενικά ένα σύστημα ανάπτυξης μεγάλου μεγέθους μονής γκοφρέτας που οδηγείται από επίπλευση αέρα και περιστροφή. Είναι εύκολο να επιτευχθούν καλοί δείκτες in-wafer. Το αντιπροσωπευτικό μοντέλο είναι το Pe1O6 της LPE Company στην Ιταλία. Αυτό το μηχάνημα μπορεί να πραγματοποιήσει αυτόματη φόρτωση και εκφόρτωση γκοφρετών στους 900℃. Τα κύρια χαρακτηριστικά είναι ο υψηλός ρυθμός ανάπτυξης, ο σύντομος επιταξιακός κύκλος, η καλή συνέπεια εντός της γκοφρέτας και μεταξύ των κλιβάνων κ.λπ. Έχει το υψηλότερο μερίδιο αγοράς στην Κίνα

Σύμφωνα με επίσημες αναφορές της LPE, σε συνδυασμό με τη χρήση μεγάλων χρηστών, τα προϊόντα επιταξιακής γκοφρέτας 4H-SiC 100-150 mm (4-6 ίντσες) με πάχος μικρότερο από 30 μm που παράγονται από τον επιταξιακό κλίβανο Pe1O6 μπορούν να επιτύχουν σταθερά τους ακόλουθους δείκτες: ανομοιομορφία επιταξικού πάχους εντός πλακιδίου ≤2%, ανομοιομορφία συγκέντρωσης ντόπινγκ εντός πλακιδίου ≤5%, πυκνότητα επιφανειακών ελαττωμάτων ≤1cm-2, επιφάνεια χωρίς ελαττώματα επιφάνειας (2mm×2mm μονάδα κυψέλης) ≥90%.

Εγχώριες εταιρείες όπως η JSG, η CETC 48, η NAURA και η NASO έχουν αναπτύξει μονολιθικό επιταξιακό εξοπλισμό καρβιδίου του πυριτίου με παρόμοιες λειτουργίες και έχουν επιτύχει αποστολές μεγάλης κλίμακας. Για παράδειγμα, τον Φεβρουάριο του 2023, η JSG κυκλοφόρησε έναν επιταξιακό εξοπλισμό SiC διπλής γκοφρέτας 6 ιντσών. Ο εξοπλισμός χρησιμοποιεί το ανώτερο και το κάτω στρώμα του ανώτερου και του κατώτερου στρώματος των τμημάτων γραφίτη του θαλάμου αντίδρασης για να αναπτύξει δύο επιταξιακές γκοφρέτες σε έναν μόνο κλίβανο και τα ανώτερα και κάτω αέρια διεργασίας μπορούν να ρυθμιστούν ξεχωριστά, με διαφορά θερμοκρασίας ≤ 5°C, πράγμα που αντισταθμίζει αποτελεσματικά το μειονέκτημα της ανεπαρκούς παραγωγικής ικανότητας μονολιθικών οριζόντιων επιταξιακών κλιβάνων. Το βασικό ανταλλακτικό είναιSiC Coating Halfmoon Parts.Προμηθεύουμε εξαρτήματα μισής σελήνης 6 ιντσών και 8 ιντσών στους χρήστες.

Το πλανητικό σύστημα CVD θερμού τοιχώματος, με πλανητική διάταξη της βάσης, χαρακτηρίζεται από την ανάπτυξη πολλαπλών πλακιδίων σε έναν κλίβανο και υψηλή απόδοση. Αντιπροσωπευτικά μοντέλα είναι ο επιταξιακός εξοπλισμός της σειράς AIXG5WWC (8X150mm) και G10-SiC (9×150mm ή 6×200mm) της Aixtron Γερμανίας.

Σύμφωνα με την επίσημη αναφορά της Aixtron, τα προϊόντα επιταξιακής γκοφρέτας 6 ιντσών 4H-SiC με πάχος 10μm που παράγονται από τον επιταξιακό κλίβανο G10 μπορούν να επιτύχουν σταθερά τους ακόλουθους δείκτες: απόκλιση επιταξικού πάχους μεταξύ πλακιδίων ±2,5%, επιταξιακό πάχος εντός πλακιδίων ανομοιομορφία 2%, απόκλιση συγκέντρωσης ντόπινγκ μεταξύ πλακιδίων ±5%, ανομοιομορφία συγκέντρωσης ντόπινγκ εντός πλακιδίων <2%.

Μέχρι στιγμής, αυτός ο τύπος μοντέλου χρησιμοποιείται σπάνια από εγχώριους χρήστες και τα δεδομένα παραγωγής παρτίδας είναι ανεπαρκή, γεγονός που περιορίζει σε κάποιο βαθμό τη μηχανική του εφαρμογή. Επιπλέον, λόγω των υψηλών τεχνικών εμποδίων των επιταξιακών κλιβάνων πολλαπλών πλακιδίων όσον αφορά τον έλεγχο του πεδίου θερμοκρασίας και του πεδίου ροής, η ανάπτυξη παρόμοιου οικιακού εξοπλισμού βρίσκεται ακόμη στο στάδιο έρευνας και ανάπτυξης και δεν υπάρχει εναλλακτικό μοντέλο. Στο μεταξύ , μπορούμε να παρέχουμε Aixtron Planetary susceptor όπως 6 ιντσών και 8 ιντσών με επίστρωση TaC ή επίστρωση SiC.

Το κάθετο σύστημα CVD σχεδόν ζεστού τοιχώματος περιστρέφεται κυρίως με υψηλή ταχύτητα μέσω εξωτερικής μηχανικής υποβοήθησης. Το χαρακτηριστικό του είναι ότι το πάχος του ιξώδους στρώματος μειώνεται αποτελεσματικά από μια χαμηλότερη πίεση στο θάλαμο αντίδρασης, αυξάνοντας έτσι τον επιταξιακό ρυθμό ανάπτυξης. Ταυτόχρονα, ο θάλαμος αντίδρασής του δεν έχει επάνω τοίχωμα στο οποίο μπορούν να εναποτεθούν σωματίδια SiC και δεν είναι εύκολο να παραχθούν αντικείμενα που πέφτουν. Έχει ένα εγγενές πλεονέκτημα στον έλεγχο ελαττωμάτων. Αντιπροσωπευτικά μοντέλα είναι οι επιταξικοί φούρνοι μονής γκοφρέτας EPIREVOS6 και EPIREVOS8 της ιαπωνικής Nuflare.

Σύμφωνα με τη Nuflare, ο ρυθμός ανάπτυξης της συσκευής EPIREVOS6 μπορεί να φτάσει περισσότερο από 50μm/h και η πυκνότητα επιφανειακών ελαττωμάτων της επιταξιακής γκοφρέτας μπορεί να ελεγχθεί κάτω από 0,1 cm-². Όσον αφορά τον έλεγχο της ομοιομορφίας, ο μηχανικός της Nuflare Yoshiaki Daigo ανέφερε τα αποτελέσματα ομοιομορφίας εντός πλακιδίων μιας επιταξιακής γκοφρέτας πάχους 10μm 6 ιντσών που αναπτύχθηκε με χρήση EPIREVOS6 και το πάχος της εσωτερικής γκοφρέτας και η ανομοιομορφία συγκέντρωσης ντόπινγκ έφτασαν το 1% και το 2,6% αντίστοιχα. Παρέχουμε εξαρτήματα γραφίτη υψηλής καθαρότητας με επικάλυψη SiC όπωςΆνω κύλινδρος γραφίτη.

Προς το παρόν, εγχώριοι κατασκευαστές εξοπλισμού όπως η Core Third Generation και η JSG έχουν σχεδιάσει και λανσάρει επιταξιακό εξοπλισμό με παρόμοιες λειτουργίες, αλλά δεν έχουν χρησιμοποιηθεί σε μεγάλη κλίμακα.

Γενικά, οι τρεις τύποι εξοπλισμού έχουν τα δικά τους χαρακτηριστικά και καταλαμβάνουν ένα συγκεκριμένο μερίδιο αγοράς σε διαφορετικές ανάγκες εφαρμογής:

Η οριζόντια δομή CVD με θερμό τοίχο διαθέτει εξαιρετικά γρήγορο ρυθμό ανάπτυξης, ποιότητα και ομοιομορφία, απλή λειτουργία και συντήρηση εξοπλισμού και ώριμες εφαρμογές παραγωγής μεγάλης κλίμακας. Ωστόσο, λόγω του τύπου μονής γκοφρέτας και της συχνής συντήρησης, η απόδοση παραγωγής είναι χαμηλή. το πλανητικό CVD θερμού τοίχου υιοθετεί γενικά μια δομή δίσκου 6 (τεμάχιο) × 100 mm (4 ίντσες) ή 8 (κομμάτι) × 150 mm (6 ίντσες), η οποία βελτιώνει σημαντικά την παραγωγική απόδοση του εξοπλισμού όσον αφορά την παραγωγική ικανότητα, αλλά είναι δύσκολο να ελεγχθεί η συνοχή πολλών τεμαχίων και η απόδοση παραγωγής εξακολουθεί να είναι το μεγαλύτερο πρόβλημα. το σχεδόν ζεστό κάθετο CVD τοίχου έχει πολύπλοκη δομή και ο ποιοτικός έλεγχος ελαττωμάτων της επιταξιακής παραγωγής γκοφρέτας είναι εξαιρετικός, κάτι που απαιτεί εξαιρετικά πλούσια εμπειρία συντήρησης και χρήσης εξοπλισμού.

Με τη συνεχή ανάπτυξη της βιομηχανίας, αυτοί οι τρεις τύποι εξοπλισμού θα βελτιστοποιούνται και θα αναβαθμίζονται επαναληπτικά ως προς τη δομή και η διαμόρφωση του εξοπλισμού θα γίνεται όλο και πιο τέλεια, παίζοντας σημαντικό ρόλο στην αντιστοίχιση των προδιαγραφών των επιταξιακών γκοφρετών με διαφορετικά πάχη και απαιτήσεις ελαττωμάτων.