Diversi percorsi tecnici del forno di crescita epitassiale SiC

I substrati di carburo di silicio presentano molti difetti e non possono essere lavorati direttamente. Su di essi è necessario far crescere uno specifico film sottile monocristallino attraverso un processo epitassiale per produrre wafer di chip. Questo film sottile è lo strato epitassiale. Quasi tutti i dispositivi in ​​carburo di silicio sono realizzati su materiali epitassiali. I materiali epitassiali omogenei in carburo di silicio di alta qualità costituiscono la base per lo sviluppo di dispositivi in ​​carburo di silicio. Le prestazioni dei materiali epitassiali determinano direttamente la realizzazione delle prestazioni dei dispositivi in ​​carburo di silicio.

I dispositivi in ​​carburo di silicio ad alta corrente e alta affidabilità hanno presentato requisiti più rigorosi sulla morfologia superficiale, la densità dei difetti, il drogaggio e l'uniformità dello spessore dei materiali epitassiali. Densità di grandi dimensioni, a basso difetto e alta uniformitàepitassia del carburo di silicioè diventata la chiave per lo sviluppo dell'industria del carburo di silicio.

La preparazione di alta qualitàepitassia del carburo di siliciorichiede processi e attrezzature avanzati. Il metodo di crescita epitassiale del carburo di silicio più utilizzato è la deposizione chimica da fase vapore (CVD), che presenta i vantaggi di un controllo preciso dello spessore del film epitassiale e della concentrazione del drogante, un minor numero di difetti, un tasso di crescita moderato e un controllo automatico del processo. Si tratta di una tecnologia affidabile che è stata commercializzata con successo.

L'epitassia CVD al carburo di silicio utilizza generalmente apparecchiature CVD a parete calda o a parete calda, che garantiscono la continuazione dello strato epitassiale 4H cristallo SiC in condizioni di temperatura di crescita più elevate (1500-1700 ℃). Dopo anni di sviluppo, i CVD a parete calda o a parete calda possono essere suddivisi in reattori a struttura orizzontale orizzontale e reattori a struttura verticale verticale in base alla relazione tra la direzione del flusso di gas in ingresso e la superficie del substrato.

La qualità del forno epitassiale in carburo di silicio ha principalmente tre indicatori. Il primo è la prestazione di crescita epitassiale, inclusa l'uniformità dello spessore, l'uniformità del drogaggio, il tasso di difetti e il tasso di crescita; il secondo è la prestazione termica dell'apparecchiatura stessa, compresa la velocità di riscaldamento/raffreddamento, la temperatura massima, l'uniformità della temperatura; e infine l'andamento dei costi dell'attrezzatura stessa, compreso il prezzo unitario e la capacità produttiva.

Differenze tra tre tipi di forni a crescita epitassiale in carburo di silicio

CVD orizzontale a parete calda, CVD planetario a parete calda e CVD verticale quasi-a parete calda sono le principali soluzioni tecnologiche per apparecchiature epitassiali che sono state applicate commercialmente in questa fase. Anche le tre attrezzature tecniche hanno caratteristiche proprie e possono essere selezionate a seconda delle esigenze. Lo schema della struttura è mostrato nella figura seguente:

Il sistema CVD orizzontale a parete calda è generalmente un sistema di crescita di grandi dimensioni a wafer singolo guidato dalla flottazione e rotazione dell'aria. È facile ottenere buoni indicatori all'interno del wafer. Il modello rappresentativo è Pe1O6 della società LPE in Italia. Questa macchina può realizzare il carico e lo scarico automatico dei wafer a 900 ℃. Le caratteristiche principali sono l'elevato tasso di crescita, il ciclo epitassiale breve, la buona consistenza all'interno del wafer e tra i forni, ecc. Ha la quota di mercato più elevata in Cina

Secondo i rapporti ufficiali della LPE, combinati con l'utilizzo dei principali utenti, i wafer epitassiali 4H-SiC da 100-150 mm (4-6 pollici) con uno spessore inferiore a 30μm prodotti dal forno epitassiale Pe1O6 possono raggiungere stabilmente i seguenti indicatori: non uniformità di spessore epitassiale intra-wafer ≤2%, non uniformità di concentrazione di drogaggio intra-wafer ≤5%, densità di difetti superficiali ≤1 cm-2, area priva di difetti superficiali (cella unitaria di 2 mm x 2 mm) ≥ 90%.

Aziende nazionali come JSG, CETC 48, NAURA e NASO hanno sviluppato apparecchiature epitassiali monolitiche in carburo di silicio con funzioni simili e hanno realizzato spedizioni su larga scala. Ad esempio, nel febbraio 2023, JSG ha rilasciato un'apparecchiatura epitassiale SiC a doppio wafer da 6 pollici. L'apparecchiatura utilizza gli strati superiore e inferiore degli strati superiore e inferiore delle parti in grafite della camera di reazione per far crescere due wafer epitassiali in un unico forno e i gas di processo superiore e inferiore possono essere regolati separatamente, con una differenza di temperatura di ≤ 5°C, che compensa di fatto lo svantaggio dell'insufficiente capacità produttiva dei forni epitassiali orizzontali monolitici. Il pezzo di ricambio fondamentale èParti Halfmoon con rivestimento in SiC.Stiamo fornendo agli utenti parti di mezzaluna da 6 pollici e 8 pollici.

Il sistema CVD planetario a pareti calde, con disposizione planetaria della base, è caratterizzato dalla crescita di più wafer in un unico forno e da un'elevata efficienza di rendimento. I modelli rappresentativi sono le apparecchiature epitassiali della serie AIXG5WWC (8X150 mm) e G10-SiC (9 × 150 mm o 6 × 200 mm) della tedesca Aixtron.

Secondo il rapporto ufficiale di Aixtron, i wafer epitassiali 4H-SiC da 6 pollici con uno spessore di 10μm prodotti dal forno epitassiale G10 possono raggiungere stabilmente i seguenti indicatori: deviazione dello spessore epitassiale inter-wafer di ± 2,5%, spessore epitassiale intra-wafer non uniformità del 2%, deviazione della concentrazione di drogaggio tra wafer di ±5%, non uniformità della concentrazione di drogaggio intra-wafer <2%.

Finora questo tipo di modello è utilizzato raramente dagli utenti domestici e i dati sulla produzione in serie sono insufficienti, il che ne limita in una certa misura l’applicazione ingegneristica. Inoltre, a causa delle elevate barriere tecniche dei forni epitassiali multi-wafer in termini di controllo del campo di temperatura e del campo di flusso, lo sviluppo di apparecchiature domestiche simili è ancora in fase di ricerca e sviluppo e non esiste un modello alternativo. Nel frattempo , possiamo fornire suscettore planetario Aixtron come 6 pollici e 8 pollici con rivestimento TaC o rivestimento SiC.

Il sistema CVD verticale quasi a parete calda ruota principalmente ad alta velocità grazie all'assistenza meccanica esterna. La sua caratteristica è che lo spessore dello strato viscoso viene effettivamente ridotto da una pressione inferiore nella camera di reazione, aumentando così il tasso di crescita epitassiale. Allo stesso tempo, la sua camera di reazione non ha una parete superiore su cui possano depositarsi le particelle di SiC e non è facile produrre oggetti che cadono. Ha un vantaggio intrinseco nel controllo dei difetti. Modelli rappresentativi sono i forni epitassiali a wafer singolo EPIREVOS6 e EPIREVOS8 della giapponese Nuflare.

Secondo Nuflare, il tasso di crescita del dispositivo EPIREVOS6 può raggiungere più di 50μm/h e la densità dei difetti superficiali del wafer epitassiale può essere controllata al di sotto di 0,1 cm-²; in termini di controllo dell'uniformità, l'ingegnere di Nuflare Yoshiaki Daigo ha riportato i risultati dell'uniformità intra-wafer di un wafer epitassiale da 6 pollici di spessore 10μm cresciuto utilizzando EPIREVOS6, e la non uniformità dello spessore intra-wafer e della concentrazione di drogaggio ha raggiunto rispettivamente l'1% e il 2,6%. Forniamo parti in grafite ad elevata purezza rivestite in SiC comeCilindro superiore in grafite.

Allo stato attuale, i produttori di apparecchiature nazionali come Core Third Generation e JSG hanno progettato e lanciato apparecchiature epitassiali con funzioni simili, ma non sono state utilizzate su larga scala.

In generale, le tre tipologie di apparecchiature hanno caratteristiche proprie e occupano una certa quota di mercato in diverse esigenze applicative:

La struttura CVD orizzontale a parete calda presenta un tasso di crescita ultraveloce, qualità e uniformità, funzionamento e manutenzione semplici delle apparecchiature e applicazioni di produzione su larga scala mature. Tuttavia, a causa del tipo a wafer singolo e della frequente manutenzione, l'efficienza produttiva è bassa; il CVD planetario a parete calda adotta generalmente una struttura a vassoio da 6 (pezzo) × 100 mm (4 pollici) o 8 (pezzo) × 150 mm (6 pollici), che migliora notevolmente l'efficienza produttiva dell'attrezzatura in termini di capacità produttiva, ma è difficile controllare la consistenza di più pezzi, e la resa produttiva resta ancora il problema più grande; il CVD verticale a parete quasi calda ha una struttura complessa e il controllo dei difetti di qualità della produzione di wafer epitassiale è eccellente, il che richiede una manutenzione delle apparecchiature estremamente ricca e un'esperienza d'uso.

Con il continuo sviluppo del settore, questi tre tipi di apparecchiature verranno ottimizzati e aggiornati in modo iterativo in termini di struttura e la configurazione dell'apparecchiatura diventerà sempre più perfetta, svolgendo un ruolo importante nel soddisfare le specifiche dei wafer epitassiali con diversi spessori e dimensioni. requisiti di difetto.