SiC epitaksiaalisen kasvuuunin erilaiset tekniset reitit

Piikarbidisubstraateissa on monia vikoja, eikä niitä voida käsitellä suoraan. Niiden päälle on kasvatettava erityinen yksikideohutkalvo epitaksiaalisella prosessilla sirukiekkojen valmistamiseksi. Tämä ohut kalvo on epitaksiaalinen kerros. Lähes kaikki piikarbidilaitteet on toteutettu epitaksiaalisilla materiaaleilla. Laadukkaat piikarbidihomogeeniset epitaksiaaliset materiaalit ovat piikarbidilaitteiden kehittämisen perusta. Epitaksiaalisten materiaalien suorituskyky määrittää suoraan piikarbidilaitteiden suorituskyvyn toteutumisen.

Korkeavirtaiset ja erittäin luotettavat piikarbidilaitteet ovat asettaneet tiukempia vaatimuksia epitaksiaalisten materiaalien pinnan morfologialle, virhetiheydelle, dopingille ja paksuuden tasaisuudesta. Suurikokoinen, pieni virhetiheys ja korkea tasaisuuspiikarbidin epitaksion tullut avain piikarbiditeollisuuden kehitykseen.

Valmistelu laadukkaitapiikarbidin epitaksivaatii kehittyneitä prosesseja ja laitteita. Yleisimmin käytetty piikarbidin epitaksiaalinen kasvumenetelmä on kemiallinen höyrypinnoitus (CVD), jonka etuna on epitaksiaalisen kalvon paksuuden ja seostuspitoisuuden tarkka hallinta, vähemmän vikoja, kohtalainen kasvunopeus ja automaattinen prosessinohjaus. Se on luotettava tekniikka, joka on kaupallistettu menestyksekkäästi.

Piikarbidi-CVD-epitaksissa käytetään yleensä kuumaseinä- tai lämminseinä-CVD-laitteita, jotka takaavat epitaksiaalisen kerroksen 4H-kiteisen SiC:n jatkumisen korkeammissa kasvulämpötila-olosuhteissa (1500-1700 ℃). Vuosien kehitystyön jälkeen kuumaseinä- tai lämminseinä-CVD voidaan jakaa vaakasuuntaisiin vaakarakenteisiin reaktoreihin ja pystysuorarakenteisiin reaktoreihin tulokaasuvirtauksen suunnan ja alustan pinnan välisen suhteen mukaan.

Piikarbidi-epitaksiaalisten uunien laadulla on pääasiassa kolme indikaattoria. Ensimmäinen on epitaksiaalinen kasvukyky, mukaan lukien paksuuden tasaisuus, doping-tasaisuus, vikanopeus ja kasvunopeus; toinen on itse laitteen lämpötilan suorituskyky, mukaan lukien lämmitys/jäähdytysnopeus, maksimilämpötila, lämpötilan tasaisuus; ja lopuksi itse laitteiston kustannustehokkuus, mukaan lukien yksikköhinta ja tuotantokapasiteetti.

Erot kolmen tyypin piikarbidin epitaksiaalisten kasvuuunien välillä

Kuumaseinäinen vaakasuora CVD, lämminseinäinen planetaarinen CVD ja lähes kuumaseinäinen pystysuora CVD ovat valtavirran epitaksiaalilaitteiden teknologiaratkaisuja, joita on käytetty kaupallisesti tässä vaiheessa. Kolmella teknisellä laitteistolla on myös omat ominaisuutensa ja ne voidaan valita tarpeiden mukaan. Rakennekaavio näkyy alla olevassa kuvassa:

Kuuma seinän vaakasuuntainen CVD-järjestelmä on yleensä yksikiekkoinen suurikokoinen kasvujärjestelmä, jota ohjataan ilmalla kelluttamalla ja pyörittämällä. Hyviä kiekon sisäisiä indikaattoreita on helppo saavuttaa. Edustava malli on italialaisen LPE Companyn Pe1O6. Tämä kone voi toteuttaa kiekkojen automaattisen lataamisen ja purkamisen 900 ℃:ssa. Tärkeimmät ominaisuudet ovat korkea kasvunopeus, lyhyt epitaksikierto, hyvä konsistenssi kiekon sisällä ja uunien välillä jne. Sillä on suurin markkinaosuus Kiinassa

LPE:n virallisten raporttien mukaan yhdistettynä suurten käyttäjien käyttöön Pe1O6-epitaksiaalisella uunilla valmistetut 100-150 mm (4-6 tuumaa) 4H-SiC-epitaksiaaliset kiekot, joiden paksuus on alle 30 μm, voivat saavuttaa vakaasti seuraavat indikaattorit: kiekon sisäinen epitaksisen paksuuden epätasaisuus ≤2 %, kiekon sisäinen dopingpitoisuuden epätasaisuus ≤5 %, pintavirhetiheys ≤1cm-2, pintavioista vapaa alue (2mm×2mm yksikkökenno) ≥90 %.

Kotimaiset yritykset, kuten JSG, CETC 48, NAURA ja NASO, ovat kehittäneet monoliittisia piikarbidiepitaksiaalilaitteita, joilla on samanlaiset toiminnot, ja ovat saavuttaneet suuria toimituksia. Esimerkiksi helmikuussa 2023 JSG julkaisi 6 tuuman kaksoiskiekon SiC-epitaksiaalisen laitteen. Laitteisto käyttää reaktiokammion grafiittiosien ylemmän ja alemman kerroksen ylä- ja alakerrosta kahden epitaksiaalisen kiekon kasvattamiseen yhdessä uunissa, ja ylempää ja alempaa prosessikaasua voidaan säätää erikseen lämpötilaerolla ≤ 5°C, mikä tehokkaasti kompensoi monoliittisten vaakasuuntaisten epitaksiaalisten uunien riittämättömän tuotantokapasiteetin haitan. Tärkein varaosa onSiC Coating Halfmoon osatToimitamme käyttäjille 6 tuuman ja 8 tuuman puolikuun osia.

Lämminseinäiselle planeetta-CVD-järjestelmälle, jossa pohja on planetaarinen, on tunnusomaista useiden kiekkojen kasvu yhdessä uunissa ja korkea tehokkuus. Edustavia malleja ovat saksalaisen Aixtronin AIXG5WWC (8X150mm) ja G10-SiC (9×150mm tai 6×200mm) sarjan epitaksiaalilaitteet.

Aixtronin virallisen raportin mukaan G10-epitaksiuunissa valmistetut 6 tuuman 4H-SiC epitaksiaaliset kiekot, joiden paksuus on 10 μm, voivat saavuttaa vakaasti seuraavat indikaattorit: kiekkojen välinen epitaksiaalinen paksuuspoikkeama ±2,5 %, kiekon sisäinen epitaksiaalinen paksuus epätasaisuus 2 %, kiekkojen välinen dopingpitoisuuden poikkeama ±5 %, kiekon sisäinen seostuspitoisuuden epätasaisuus < 2 %.

Kotimaiset käyttäjät ovat toistaiseksi käyttäneet tämäntyyppistä mallia harvoin ja erätuotantotiedot ovat riittämättömät, mikä rajoittaa jossain määrin sen teknistä sovellusta. Lisäksi useiden kiekkojen epitaksiaalisten uunien korkeiden teknisten esteiden vuoksi lämpötilakentän ja virtauskentän ohjauksen suhteen vastaavien kotitalouslaitteiden kehittäminen on edelleen tutkimus- ja kehitysvaiheessa, eikä vaihtoehtoista mallia ole olemassa. , voimme tarjota Aixtron Planetary -suskeptoria, kuten 6 tuumaa ja 8 tuumaa TaC-pinnoitteella tai SiC-pinnoitteella.

Lähes kuumaseinäinen pystysuora CVD-järjestelmä pyörii pääasiassa suurella nopeudella ulkoisen mekaanisen avun avulla. Sen ominaispiirre on, että viskoosin kerroksen paksuus pienenee tehokkaasti alhaisemmalla reaktiokammion paineella, mikä lisää epitaksiaalista kasvunopeutta. Samanaikaisesti sen reaktiokammiossa ei ole yläseinää, jolle piikarbidihiukkasia voidaan kerrostaa, eikä putoavien esineiden valmistaminen ole helppoa. Sillä on luontainen etu vikojen hallinnassa. Edustavia malleja ovat Japanin Nuflaren yksikiekkoiset epitaksiaaliuunit EPIREVOS6 ja EPIREVOS8.

Nuflaren mukaan EPIREVOS6-laitteen kasvunopeus voi nousta yli 50 μm/h, ja epitaksiaalisen kiekon pintavirhetiheys voidaan säätää alle 0,1 cm-²; Tasaisuuden hallinnassa Nuflaren insinööri Yoshiaki Daigo raportoi EPIREVOS6:lla kasvatetun 10 μm paksun 6 tuuman epitaksiaalisen kiekon sisäisen tasaisuuden tulokset, ja kiekon sisäinen paksuus ja dopingpitoisuuden epätasaisuus saavuttivat 1 % ja 2,6 %. Tarjoamme piikarbidilla päällystettyjä erittäin puhtaita grafiittiosia, kutenYlempi grafiittisylinteri.

Tällä hetkellä kotimaiset laitevalmistajat, kuten Core Third Generation ja JSG, ovat suunnitelleet ja tuoneet markkinoille samantyyppisiä epitaksilaitteita, mutta niitä ei ole käytetty laajassa mittakaavassa.

Yleensä kolmella laitetyypillä on omat ominaisuutensa ja niillä on tietty markkinaosuus erilaisissa sovellustarpeissa:

Kuuma seinän vaakasuora CVD-rakenne sisältää erittäin nopean kasvunopeuden, laadun ja yhdenmukaisuuden, yksinkertaisen laitteiden käytön ja ylläpidon sekä kypsiä laajamittaisia ​​tuotantosovelluksia. Yhden kiekon tyypin ja toistuvan huollon vuoksi tuotannon tehokkuus on kuitenkin alhainen; lämminseinämäinen planetaarinen CVD käyttää yleensä 6 (kpl) × 100 mm (4 tuumaa) tai 8 (kpl) × 150 mm (6 tuumaa) alustarakennetta, mikä parantaa huomattavasti laitteiston tuotantotehokkuutta tuotantokapasiteetin suhteen, mutta useiden kappaleiden sakeutta on vaikea hallita, ja tuotannon saanto on edelleen suurin ongelma; lähes kuumaseinäisellä pystysuoralla CVD:llä on monimutkainen rakenne, ja epitaksiaalisten kiekkojen tuotannon laatuvirheiden hallinta on erinomainen, mikä vaatii erittäin runsasta laitteiden ylläpito- ja käyttökokemusta.

Alan jatkuvan kehityksen myötä näitä kolmea laitteistotyyppiä optimoidaan ja parannetaan toistuvasti rakenteen suhteen, ja laitteiden konfiguraatiosta tulee yhä täydellisempi, mikä on tärkeä rooli eripaksuisten ja eripaksuisten epitaksiaalisten kiekkojen eritelmien yhteensovittamisessa. vikavaatimukset.