Diferentes rotas técnicas do forno de crescimento epitaxial de SiC

Os substratos de carboneto de silício apresentam muitos defeitos e não podem ser processados ​​diretamente. Um filme fino específico de cristal único precisa ser cultivado sobre eles por meio de um processo epitaxial para fazer wafers de chip. Esta película fina é a camada epitaxial. Quase todos os dispositivos de carboneto de silício são realizados em materiais epitaxiais. Materiais epitaxiais homogêneos de carboneto de silício de alta qualidade são a base para o desenvolvimento de dispositivos de carboneto de silício. O desempenho dos materiais epitaxiais determina diretamente a realização do desempenho dos dispositivos de carboneto de silício.

Dispositivos de carboneto de silício de alta corrente e alta confiabilidade apresentaram requisitos mais rigorosos sobre a morfologia da superfície, densidade de defeitos, dopagem e uniformidade de espessura de materiais epitaxiais. Tamanho grande, densidade de baixo defeito e alta uniformidadeepitaxia de carboneto de silíciotornou-se a chave para o desenvolvimento da indústria de carboneto de silício.

A preparação de produtos de alta qualidadeepitaxia de carboneto de silíciorequer processos e equipamentos avançados. O método de crescimento epitaxial de carboneto de silício mais amplamente utilizado é a deposição química de vapor (CVD), que tem as vantagens de controle preciso da espessura do filme epitaxial e da concentração de dopagem, menos defeitos, taxa de crescimento moderada e controle automático do processo. É uma tecnologia confiável que foi comercializada com sucesso.

A epitaxia CVD de carboneto de silício geralmente usa equipamento CVD de parede quente ou parede quente, o que garante a continuação da camada epitaxial SiC de cristal 4H sob condições de temperatura de crescimento mais altas (1500-1700 ℃). Após anos de desenvolvimento, o CVD de parede quente ou parede quente pode ser dividido em reatores de estrutura horizontal horizontal e reatores de estrutura vertical vertical de acordo com a relação entre a direção do fluxo de gás de entrada e a superfície do substrato.

A qualidade do forno epitaxial de carboneto de silício possui principalmente três indicadores. O primeiro é o desempenho do crescimento epitaxial, incluindo uniformidade de espessura, uniformidade de dopagem, taxa de defeitos e taxa de crescimento; o segundo é o desempenho térmico do próprio equipamento, incluindo taxa de aquecimento/resfriamento, temperatura máxima, uniformidade de temperatura; e, finalmente, o desempenho de custos do próprio equipamento, incluindo preço unitário e capacidade de produção.

Diferenças entre três tipos de fornos de crescimento epitaxial de carboneto de silício

CVD horizontal de parede quente, CVD planetário de parede quente e CVD vertical de parede quase quente são as principais soluções de tecnologia de equipamentos epitaxiais que foram aplicadas comercialmente nesta fase. Os três equipamentos técnicos também possuem características próprias e podem ser selecionados de acordo com as necessidades. O diagrama da estrutura é mostrado na figura abaixo:

O sistema CVD horizontal de parede quente é geralmente um sistema de crescimento de grande porte de wafer único impulsionado por flutuação e rotação de ar. É fácil obter bons indicadores no wafer. O modelo representativo é o Pe1O6 da LPE Company na Itália. Esta máquina pode realizar carga e descarga automática de wafers a 900 ℃. As principais características são alta taxa de crescimento, ciclo epitaxial curto, boa consistência dentro do wafer e entre fornos, etc. Possui a maior participação de mercado na China

De acordo com relatórios oficiais da LPE, combinados com o uso dos principais usuários, os produtos de wafer epitaxial 4H-SiC de 100-150 mm (4-6 polegadas) com espessura inferior a 30 μm produzidos pelo forno epitaxial Pe1O6 podem atingir de forma estável os seguintes indicadores: não uniformidade da espessura epitaxial intra-wafer ≤2%, não uniformidade da concentração de dopagem intra-wafer ≤5%, densidade do defeito superficial ≤1cm-2, área livre de defeitos superficiais (célula unitária de 2 mm × 2 mm) ≥90%.

Empresas nacionais como JSG, CETC 48, NAURA e NASO desenvolveram equipamentos epitaxiais de carboneto de silício monolítico com funções semelhantes e conseguiram remessas em grande escala. Por exemplo, em fevereiro de 2023, a JSG lançou um equipamento epitaxial SiC de wafer duplo de 6 polegadas. O equipamento utiliza as camadas superior e inferior das camadas superior e inferior das partes de grafite da câmara de reação para cultivar dois wafers epitaxiais em um único forno, e os gases de processo superiores e inferiores podem ser regulados separadamente, com uma diferença de temperatura de ≤ 5°C, o que efetivamente compensa a desvantagem da capacidade de produção insuficiente de fornos epitaxiais horizontais monolíticos.Peças de meia lua com revestimento SiCEstamos fornecendo peças em meia-lua de 6 e 8 polegadas para os usuários.

O sistema CVD planetário de parede quente, com arranjo planetário da base, é caracterizado pelo crescimento de múltiplos wafers em um único forno e alta eficiência de produção. Modelos representativos são os equipamentos epitaxiais das séries AIXG5WWC (8X150mm) e G10-SiC (9×150mm ou 6×200mm) da Aixtron da Alemanha.

De acordo com o relatório oficial da Aixtron, os produtos de wafer epitaxial 4H-SiC de 6 polegadas com uma espessura de 10μm produzidos pelo forno epitaxial G10 podem atingir de forma estável os seguintes indicadores: desvio de espessura epitaxial entre wafer de ± 2,5%, espessura epitaxial intra-wafer não uniformidade de 2%, desvio da concentração de dopagem entre wafers de ± 5%, não uniformidade da concentração de dopagem intra-wafer <2%.

Até agora, este tipo de modelo é raramente utilizado pelos utilizadores domésticos e os dados de produção em lote são insuficientes, o que restringe até certo ponto a sua aplicação em engenharia. Além disso, devido às altas barreiras técnicas dos fornos epitaxiais multi-wafer em termos de campo de temperatura e controle de campo de fluxo, o desenvolvimento de equipamentos domésticos semelhantes ainda está em fase de pesquisa e desenvolvimento e não há modelo alternativo. , podemos fornecer susceptor planetário Aixtron como 6 polegadas e 8 polegadas com revestimento TaC ou revestimento SiC.

O sistema CVD vertical de parede quase quente gira principalmente em alta velocidade por meio de assistência mecânica externa. A sua característica é que a espessura da camada viscosa é efetivamente reduzida por uma pressão mais baixa na câmara de reação, aumentando assim a taxa de crescimento epitaxial. Ao mesmo tempo, sua câmara de reação não possui uma parede superior na qual as partículas de SiC possam ser depositadas e não é fácil produzir objetos em queda. Tem uma vantagem inerente no controle de defeitos. Modelos representativos são os fornos epitaxiais de wafer único EPIREVOS6 e EPIREVOS8 da Nuflare do Japão.

De acordo com Nuflare, a taxa de crescimento do dispositivo EPIREVOS6 pode atingir mais de 50μm/h, e a densidade do defeito superficial do wafer epitaxial pode ser controlada abaixo de 0,1cm-²; em termos de controle de uniformidade, o engenheiro da Nuflare, Yoshiaki Daigo, relatou os resultados de uniformidade intra-wafer de um wafer epitaxial de 6 polegadas com 10 μm de espessura cultivado usando EPIREVOS6, e a espessura intra-wafer e a não uniformidade da concentração de dopagem atingiram 1% e 2,6%, respectivamente. Fornecemos peças de grafite de alta pureza revestidas com SiC, comoCilindro Superior de Grafite.

Atualmente, fabricantes nacionais de equipamentos como Core Third Generation e JSG projetaram e lançaram equipamentos epitaxiais com funções semelhantes, mas não foram utilizados em larga escala.

Em geral, os três tipos de equipamentos possuem características próprias e ocupam certa participação de mercado em diferentes necessidades de aplicação:

A estrutura CVD horizontal de parede quente apresenta taxa de crescimento ultrarrápida, qualidade e uniformidade, operação e manutenção simples de equipamentos e aplicações maduras de produção em grande escala. Porém, devido ao tipo de wafer único e à manutenção frequente, a eficiência de produção é baixa; o CVD planetário de parede quente geralmente adota uma estrutura de bandeja de 6 (peça) × 100 mm (4 polegadas) ou 8 (peça) × 150 mm (6 polegadas), o que melhora muito a eficiência de produção do equipamento em termos de capacidade de produção, mas é difícil controlar a consistência de múltiplas peças e o rendimento da produção ainda é o maior problema; o CVD vertical de parede quase quente tem uma estrutura complexa e o controle de defeitos de qualidade da produção de wafer epitaxial é excelente, o que requer manutenção de equipamentos extremamente rica e experiência de uso.

Com o desenvolvimento contínuo da indústria, esses três tipos de equipamentos serão otimizados e atualizados iterativamente em termos de estrutura, e a configuração do equipamento se tornará cada vez mais perfeita, desempenhando um papel importante no atendimento às especificações de wafers epitaxiais com diferentes espessuras e requisitos de defeito.