Optimierte und übersetzte Inhalte zu Siliziumkarbid-Epitaxie-Wachstumsgeräten

Siliziumkarbid (SiC)-Substrate weisen zahlreiche Mängel auf, die eine direkte Verarbeitung verhindern. Um Chip-Wafer herzustellen, muss durch einen epitaktischen Prozess ein spezifischer einkristalliner Film auf dem SiC-Substrat gezüchtet werden. Dieser Film wird als Epitaxieschicht bezeichnet. Nahezu alle SiC-Geräte werden auf epitaktischen Materialien realisiert, und hochwertige homoepitaktische SiC-Materialien bilden die Grundlage für die Entwicklung von SiC-Geräten. Die Leistung epitaktischer Materialien bestimmt direkt die Leistung von SiC-Geräten.

Hochstrom- und hochzuverlässige SiC-Geräte stellen strenge Anforderungen an die Oberflächenmorphologie, Defektdichte, Dotierungsgleichmäßigkeit und Dickengleichmäßigkeit vonepitaktischMaterialien. Das Erreichen großer SiC-Epitaxie mit geringer Defektdichte und hoher Gleichmäßigkeit ist für die Entwicklung der SiC-Industrie von entscheidender Bedeutung geworden.

Die Herstellung hochwertiger SiC-Epitaxie erfordert fortschrittliche Prozesse und Geräte. Derzeit ist die am weitesten verbreitete Methode für das epitaktische Wachstum von SiCChemische Gasphasenabscheidung (CVD).CVD bietet eine präzise Kontrolle über die Dicke des epitaktischen Films und die Dotierungskonzentration, eine geringe Defektdichte, eine moderate Wachstumsrate und eine automatisierte Prozesssteuerung, was es zu einer zuverlässigen Technologie für erfolgreiche kommerzielle Anwendungen macht.

SiC-CVD-EpitaxieIm Allgemeinen werden Heißwand- oder Warmwand-CVD-Geräte eingesetzt. Hohe Wachstumstemperaturen (1500–1700 °C) gewährleisten den Fortbestand der 4H-SiC-Kristallform. Basierend auf der Beziehung zwischen der Gasströmungsrichtung und der Substratoberfläche können die Reaktionskammern dieser CVD-Systeme in horizontale und vertikale Strukturen eingeteilt werden.

Die Qualität von SiC-Epitaxieöfen wird hauptsächlich anhand von drei Aspekten beurteilt: Leistung des epitaktischen Wachstums (einschließlich Gleichmäßigkeit der Dicke, Gleichmäßigkeit der Dotierung, Defektrate und Wachstumsrate), Temperaturleistung der Ausrüstung (einschließlich Heiz-/Kühlraten, maximale Temperatur und Temperaturgleichmäßigkeit). ) und Kosteneffizienz (einschließlich Stückpreis und Produktionskapazität).

Unterschiede zwischen drei Arten von SiC-Epitaxie-Wachstumsöfen

1. Horizontale Heißwand-CVD-Systeme:

-Merkmale:Im Allgemeinen verfügen sie über großformatige Einzelwafer-Wachstumssysteme, die durch Gasflotationsrotation angetrieben werden und hervorragende Intra-Wafer-Metriken erzielen.

-Repräsentatives Modell:Pe1O6 von LPE, das das automatische Be- und Entladen von Wafern bei 900 °C ermöglicht. Bekannt für hohe Wachstumsraten, kurze Epitaxiezyklen und konsistente Leistung innerhalb des Wafers und zwischen den Durchläufen.

-Leistung:Bei epitaktischen 4-6-Zoll-4H-SiC-Wafern mit einer Dicke von ≤ 30 μm wird eine Ungleichmäßigkeit der Dicke innerhalb des Wafers von ≤ 2 %, eine Ungleichmäßigkeit der Dotierungskonzentration von ≤ 5 %, eine Oberflächenfehlerdichte von ≤ 1 cm² und eine Fehlerfreiheit erreicht Oberfläche (2 mm × 2 mm Zellen) ≥90 %.

-Inländische Hersteller: Unternehmen wie Jingsheng Mechatronics, CETC 48, North Huachuang und Nasset Intelligent haben ähnliche Einzelwafer-SiC-Epitaxiegeräte mit gesteigerter Produktion entwickelt.

2. Planetarische CVD-Systeme mit warmer Wand:

-Merkmale:Verwenden Sie Planetenanordnungsbasen für das Wachstum mehrerer Wafer pro Charge und verbessern Sie so die Produktionseffizienz erheblich.

-Repräsentative Modelle:Die Serien AIXG5WWC (8 x 150 mm) und G10-SiC (9 x 150 mm oder 6 x 200 mm) von Aixtron.

-Leistung:Für epitaktische 6-Zoll-4H-SiC-Wafer mit einer Dicke von ≤ 10 μm wird eine Dickenabweichung zwischen den Wafern von ±2,5 %, eine Ungleichmäßigkeit der Dicke innerhalb der Wafer von 2 %, eine Abweichung der Dotierungskonzentration zwischen den Wafern von ±5 % und eine Dotierung innerhalb der Wafer erreicht Konzentrationsungleichmäßigkeit <2 %.

-Herausforderungen:Begrenzte Akzeptanz auf inländischen Märkten aufgrund fehlender Daten zur Chargenproduktion, technischer Hindernisse bei der Temperatur- und Strömungsfeldsteuerung und laufender Forschung und Entwicklung ohne groß angelegte Implementierung.

3. Vertikale CVD-Systeme mit quasi-heißer Wand:

- Merkmale:Nutzen Sie externe mechanische Unterstützung für eine Hochgeschwindigkeitsrotation des Substrats, reduzieren Sie die Dicke der Grenzschicht und verbessern Sie die epitaktische Wachstumsrate, mit inhärenten Vorteilen bei der Defektkontrolle.

- Repräsentative Modelle:Nuflares Single-Wafer EPIREVOS6 und EPIREVOS8.

-Leistung:Erreicht Wachstumsraten von über 50 μm/h, eine Kontrolle der Oberflächendefektdichte unter 0,1 cm² und eine Ungleichmäßigkeit der Dicke und Dotierungskonzentration innerhalb des Wafers von 1 % bzw. 2,6 %.

-Inländische Entwicklung:Unternehmen wie Xingsandai und Jingsheng Mechatronics haben ähnliche Geräte entwickelt, jedoch keinen großtechnischen Einsatz erreicht.

Zusammenfassung

Jeder der drei Strukturtypen von SiC-Epitaxie-Wachstumsanlagen weist unterschiedliche Merkmale auf und besetzt je nach Anwendungsanforderungen bestimmte Marktsegmente. Das horizontale Heißwand-CVD bietet ultraschnelle Wachstumsraten sowie ausgewogene Qualität und Gleichmäßigkeit, weist jedoch aufgrund der Einzelwaferverarbeitung eine geringere Produktionseffizienz auf. Warmwand-Planeten-CVD steigert die Produktionseffizienz erheblich, steht jedoch vor Herausforderungen bei der Kontrolle der Multi-Wafer-Konsistenz. Quasi-Heißwand-Vertikal-CVD zeichnet sich durch eine hervorragende Fehlerkontrolle bei komplexer Struktur aus und erfordert umfassende Wartungs- und Betriebserfahrung.

Mit der Weiterentwicklung der Branche werden iterative Optimierungen und Upgrades dieser Gerätestrukturen zu immer verfeinerten Konfigurationen führen, die eine entscheidende Rolle bei der Erfüllung verschiedener Epitaxie-Wafer-Spezifikationen hinsichtlich Dicke und Defektanforderungen spielen.

Vor- und Nachteile verschiedener SiC-Epitaxie-Wachstumsöfen

Im Zuge der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Branche werden diese drei Gerätetypen einer iterativen strukturellen Optimierung und Aufrüstung unterzogen, was zu immer verfeinerten Konfigurationen führt, die verschiedenen Epitaxie-Wafer-Spezifikationen hinsichtlich Dicke und Defektanforderungen entsprechen.