مسیرهای فنی مختلف کوره رشد اپیتاکسیال SiC

زیرلایه های کاربید سیلیکون دارای عیوب بسیاری هستند و نمی توان آنها را مستقیماً پردازش کرد. یک لایه نازک تک کریستالی خاص باید از طریق فرآیند همپایی روی آنها رشد داده شود تا ویفرهای تراشه ای ساخته شوند. این لایه نازک لایه اپیتاکسیال است. تقریباً تمام دستگاه‌های کاربید سیلیکون بر روی مواد اپیتاکسیال ساخته می‌شوند. مواد همگن کاربید سیلیکون با کیفیت بالا پایه ای برای توسعه دستگاه های کاربید سیلیکون هستند. عملکرد مواد اپیتاکسیال به طور مستقیم تعیین کننده عملکرد دستگاه های کاربید سیلیکون است.

دستگاه‌های کاربید سیلیکون با جریان بالا و با قابلیت اطمینان بالا، الزامات دقیق‌تری را در مورد مورفولوژی سطح، تراکم نقص، دوپینگ و یکنواختی ضخامت مواد همپایی مطرح کرده‌اند. اندازه بزرگ، تراکم کم نقص و یکنواختی بالااپیتاکسی کاربید سیلیکونبه کلید توسعه صنعت کاربید سیلیکون تبدیل شده است.

آماده سازی با کیفیت بالااپیتاکسی کاربید سیلیکونبه فرآیندها و تجهیزات پیشرفته نیاز دارد. پرکاربردترین روش رشد اپیتاکسیال کاربید سیلیکون، رسوب شیمیایی بخار (CVD) است که از مزایای کنترل دقیق ضخامت فیلم اپیتاکسیال و غلظت دوپینگ، عیوب کمتر، سرعت رشد متوسط ​​و کنترل خودکار فرآیند برخوردار است. این یک فناوری قابل اعتماد است که با موفقیت تجاری شده است.

اپیتاکسی CVD کاربید سیلیکون به طور کلی از تجهیزات CVD دیوار داغ یا دیوار گرم استفاده می کند که ادامه لایه همپایی کریستال 4H SiC را در شرایط دمای رشد بالاتر (1500-1700 ℃) تضمین می کند. پس از سالها توسعه، CVD دیوار داغ یا دیوار گرم را می توان به راکتورهای ساختار افقی افقی و راکتورهای ساختار عمودی عمودی با توجه به رابطه بین جهت جریان گاز ورودی و سطح زیرلایه تقسیم کرد.

کیفیت کوره اپیتاکسیال کاربید سیلیکون عمدتا دارای سه شاخص است. اولین مورد عملکرد رشد همپایه، از جمله یکنواختی ضخامت، یکنواختی دوپینگ، نرخ نقص و نرخ رشد است. دوم عملکرد دمایی خود تجهیزات، از جمله نرخ گرمایش / سرمایش، حداکثر دما، یکنواختی دما است. و در نهایت عملکرد هزینه خود تجهیزات شامل قیمت واحد و ظرفیت تولید.

تفاوت بین سه نوع کوره رشد اپیتاکسیال کاربید سیلیکون

CVD افقی دیوار داغ، CVD سیاره ای دیوار گرم و CVD عمودی دیوار شبه داغ راه حل های اصلی فناوری تجهیزات همپایی هستند که به صورت تجاری در این مرحله به کار گرفته شده اند. این سه تجهیزات فنی نیز ویژگی های خاص خود را دارند و بر اساس نیاز قابل انتخاب هستند. نمودار ساختار در شکل زیر نشان داده شده است:

سیستم CVD افقی دیوار داغ به طور کلی یک سیستم رشد تک ویفر با اندازه بزرگ است که توسط شناور هوا و چرخش هدایت می شود. دستیابی به شاخص های درون ویفری خوب آسان است. مدل معرف Pe1O6 شرکت LPE در ایتالیا می باشد. این دستگاه می تواند بارگیری و تخلیه اتوماتیک ویفرها را در دمای 900 درجه سانتیگراد انجام دهد. ویژگی های اصلی عبارتند از سرعت رشد بالا، چرخه اپیتاکسیال کوتاه، سازگاری خوب در داخل ویفر و بین کوره ها و غیره. بالاترین سهم بازار را در چین دارد.

بر اساس گزارش های رسمی LPE، همراه با استفاده از کاربران اصلی، محصولات ویفر همپای 4H-SiC 100-150mm (4-6 اینچ) با ضخامت کمتر از 30μm تولید شده توسط کوره همپای Pe1O6 می توانند به طور پایدار به شاخص های زیر دست یابند: عدم یکنواختی ضخامت اپیتاکسیال داخل ویفر ≤2٪، عدم یکنواختی غلظت دوپینگ داخل ویفر ≤5٪، تراکم نقص سطح ≤1cm-2، منطقه بدون نقص سطح (2mm×2mm سلول واحد) ≥90٪.

شرکت‌های داخلی مانند JSG، CETC 48، NAURA و NASO تجهیزات اپیتاکسیال کاربید سیلیکون یکپارچه را با عملکردهای مشابه توسعه داده‌اند و به محموله‌هایی در مقیاس بزرگ دست یافته‌اند. به عنوان مثال، در فوریه 2023، JSG تجهیزات اپیتاکسیال SiC دو ویفر 6 اینچی را منتشر کرد. این تجهیزات از لایه های بالایی و پایینی لایه های بالایی و پایینی قطعات گرافیتی محفظه واکنش برای رشد دو ویفر اپیتاکسیال در یک کوره استفاده می کند و گازهای فرآیند بالایی و پایینی را می توان به طور جداگانه تنظیم کرد، با اختلاف دمای ≤ 5 درجه سانتیگراد، که به طور موثری ضرر ظرفیت تولید ناکافی کوره های همپای افقی یکپارچه را جبران می کند.قطعات نیمه ماه روکش SiCما قطعات نیمه ماه 6 اینچی و 8 اینچی را به کاربران عرضه می کنیم.

سیستم CVD سیاره ای دیوار گرم، با آرایش سیاره ای پایه، با رشد ویفرهای متعدد در یک کوره و بازده خروجی بالا مشخص می شود. مدل‌های معرف تجهیزات همپایی سری AIXG5WWC (8X150mm) و G10-SiC (9×150mm یا 6×200mm) از شرکت Aixtron آلمان هستند.

طبق گزارش رسمی Aixtron، محصولات ویفر اپیتاکسیال 6 اینچی 4H-SiC با ضخامت 10 میکرومتر تولید شده توسط کوره همپای G10 می توانند به طور پایدار به شاخص های زیر دست یابند: انحراف ضخامت همپای بین ویفر 2.5±٪، ضخامت اپیتاکسیال داخل ویفر. عدم یکنواختی 2٪، انحراف غلظت دوپینگ بین ویفر 5±٪، غلظت دوپینگ داخل ویفر غیر یکنواختی <2٪.

تا به حال، این نوع مدل به ندرت توسط کاربران داخلی استفاده می شود و داده های تولید دسته ای ناکافی است، که تا حدی کاربرد مهندسی آن را محدود می کند. علاوه بر این، با توجه به موانع فنی بالای کوره های همپای چند ویفری از نظر میدان دما و کنترل میدان جریان، توسعه تجهیزات مشابه خانگی هنوز در مرحله تحقیق و توسعه است و مدل جایگزینی وجود ندارد. ما می توانیم گیرنده سیاره ای Aixtron مانند 6 اینچ و 8 اینچ را با پوشش TaC یا پوشش SiC ارائه دهیم.

سیستم CVD عمودی شبه داغ عمدتاً از طریق کمک مکانیکی خارجی با سرعت بالا می چرخد. مشخصه آن این است که ضخامت لایه چسبناک به طور موثر با فشار کمتر محفظه واکنش کاهش می یابد و در نتیجه سرعت رشد همپایی افزایش می یابد. در عین حال، محفظه واکنش آن دیوار بالایی ندارد که بتوان ذرات SiC را روی آن رسوب کرد و تولید اجسام در حال سقوط آسان نیست. این یک مزیت ذاتی در کنترل نقص دارد. مدل های نمایندگی کوره های همپای تک ویفر EPIREVOS6 و EPIREVOS8 شرکت Nuflare ژاپن هستند.

طبق گفته Nuflare، سرعت رشد دستگاه EPIREVOS6 می‌تواند به بیش از 50μm/h برسد و تراکم نقص سطحی ویفر اپیتاکسیال را می‌توان زیر 0.1cm-² کنترل کرد. از نظر کنترل یکنواختی، مهندس Nuflare، یوشیاکی دایگو، نتایج یکنواختی داخل ویفر را از یک ویفر اپیتاکسیال 6 اینچی با ضخامت 10 میکرومتر گزارش کرد که با استفاده از EPIREVOS6 رشد کرده بود، و ضخامت داخل ویفر و عدم یکنواختی غلظت دوپینگ به ترتیب به 1٪ و 2.6٪ رسید. ما در حال ارائه قطعات گرافیتی با خلوص بالا با پوشش SiC هستیمسیلندر گرافیت بالایی.

در حال حاضر سازندگان داخلی تجهیزات مانند Core Third Generation و JSG تجهیزات epitaxial را با کارکردهای مشابه طراحی و روانه بازار کرده اند اما در مقیاس وسیع مورد استفاده قرار نگرفته اند.

به طور کلی، سه نوع تجهیزات ویژگی های خاص خود را دارند و سهم بازار مشخصی را در نیازهای کاربردی مختلف به خود اختصاص می دهند:

ساختار CVD افقی دیوار داغ دارای سرعت رشد فوق العاده سریع، کیفیت و یکنواختی، عملیات ساده و نگهداری تجهیزات، و کاربردهای تولید در مقیاس بزرگ بالغ است. با این حال، به دلیل نوع تک ویفر و نگهداری مکرر، راندمان تولید کم است. CVD سیاره ای دیوار گرم به طور کلی از ساختار سینی 6 (قطعه) × 100 میلی متر (4 اینچ) یا 8 (قطعه) × 150 میلی متر (6 اینچ) استفاده می کند که کارایی تولید تجهیزات را از نظر ظرفیت تولید تا حد زیادی بهبود می بخشد. کنترل قوام چندین قطعه دشوار است و بازده تولید همچنان بزرگترین مشکل است. CVD عمودی دیوار شبه داغ ساختار پیچیده ای دارد و کنترل نقص کیفیت تولید ویفر همپایی عالی است که به نگهداری و تجربه استفاده از تجهیزات بسیار غنی نیاز دارد.

با توسعه مستمر صنعت، این سه نوع تجهیزات به طور مکرر از نظر ساختاری بهینه و ارتقا می‌یابند و پیکربندی تجهیزات بیش از پیش کامل می‌شود و نقش مهمی در مطابقت با مشخصات ویفرهای اپیتاکسیال با ضخامت‌ها و ضخامت‌های مختلف خواهد داشت. الزامات نقص