Rute teknis berbeda dari tungku pertumbuhan epitaksi SiC

Substrat silikon karbida memiliki banyak cacat dan tidak dapat diproses secara langsung. Film tipis kristal tunggal tertentu perlu ditumbuhkan melalui proses epitaksial untuk membuat wafer chip. Lapisan tipis ini merupakan lapisan epitaksial. Hampir semua perangkat silikon karbida direalisasikan pada bahan epitaksi. Bahan epitaksi homogen silikon karbida berkualitas tinggi adalah dasar untuk pengembangan perangkat silikon karbida. Kinerja bahan epitaksi secara langsung menentukan realisasi kinerja perangkat silikon karbida.

Perangkat silikon karbida arus tinggi dan keandalan tinggi telah mengajukan persyaratan yang lebih ketat pada morfologi permukaan, kepadatan cacat, doping, dan keseragaman ketebalan bahan epitaksi. Ukuran besar, kepadatan cacat rendah dan keseragaman tinggiepitaksi silikon karbidatelah menjadi kunci perkembangan industri silikon karbida.

Persiapannya berkualitas tinggiepitaksi silikon karbidamemerlukan proses dan peralatan canggih. Metode pertumbuhan epitaksi silikon karbida yang paling banyak digunakan adalah deposisi uap kimia (CVD), yang memiliki keunggulan berupa kontrol yang tepat terhadap ketebalan film epitaksi dan konsentrasi doping, cacat lebih sedikit, laju pertumbuhan moderat, dan kontrol proses otomatis. Ini adalah teknologi andal yang telah berhasil dikomersialkan.

Epitaksi CVD silikon karbida umumnya menggunakan peralatan CVD dinding panas atau dinding hangat, yang memastikan kelanjutan lapisan epitaksi kristal SiC 4H dalam kondisi suhu pertumbuhan yang lebih tinggi (1500-1700℃). Setelah bertahun-tahun pengembangan, CVD dinding panas atau dinding hangat dapat dibagi menjadi reaktor struktur horizontal horizontal dan reaktor struktur vertikal vertikal sesuai dengan hubungan antara arah aliran gas masuk dan permukaan substrat.

Kualitas tungku epitaksi silikon karbida terutama memiliki tiga indikator. Yang pertama adalah kinerja pertumbuhan epitaksi, termasuk keseragaman ketebalan, keseragaman doping, tingkat cacat dan tingkat pertumbuhan; yang kedua adalah kinerja suhu peralatan itu sendiri, termasuk laju pemanasan/pendinginan, suhu maksimum, keseragaman suhu; dan terakhir kinerja biaya peralatan itu sendiri, termasuk harga satuan dan kapasitas produksi.

Perbedaan antara tiga jenis tungku pertumbuhan epitaksi silikon karbida

CVD horizontal dinding panas, CVD planet dinding hangat, dan CVD vertikal dinding kuasi-panas adalah solusi teknologi peralatan epitaksi utama yang telah diterapkan secara komersial pada tahap ini. Ketiga peralatan teknis tersebut juga memiliki ciri khas masing-masing dan dapat dipilih sesuai kebutuhan. Diagram strukturnya ditunjukkan pada gambar di bawah ini:

Sistem CVD horizontal dinding panas umumnya merupakan sistem pertumbuhan wafer tunggal berukuran besar yang digerakkan oleh flotasi dan rotasi udara. Sangat mudah untuk mencapai indikator in-wafer yang baik. Model perwakilannya adalah Pe1O6 dari Perusahaan LPE di Italia. Mesin ini dapat mewujudkan bongkar muat wafer otomatis pada suhu 900℃. Fitur utamanya adalah tingkat pertumbuhan yang tinggi, siklus epitaksi pendek, konsistensi yang baik dalam wafer dan antar tungku, dll. Ia memiliki pangsa pasar tertinggi di Cina

Menurut laporan resmi LPE, dikombinasikan dengan penggunaan pengguna besar, produk wafer epitaksi 4H-SiC 100-150mm (4-6 inci) dengan ketebalan kurang dari 30μm yang diproduksi oleh tungku epitaksi Pe1O6 dapat mencapai indikator berikut secara stabil: ketidakseragaman ketebalan epitaksi intra-wafer ≤2%, ketidakseragaman konsentrasi doping intra-wafer ≤5%, kepadatan cacat permukaan ≤1cm-2, luas permukaan bebas cacat (sel satuan 2mm×2mm) ≥90%.

Perusahaan dalam negeri seperti JSG, CETC 48, NAURA, dan NASO telah mengembangkan peralatan epitaksi silikon karbida monolitik dengan fungsi serupa dan telah mencapai pengiriman skala besar. Misalnya, pada bulan Februari 2023, JSG merilis peralatan epitaksi SiC wafer ganda berukuran 6 inci. Peralatan tersebut menggunakan lapisan atas dan bawah dari lapisan atas dan bawah bagian grafit ruang reaksi untuk menumbuhkan dua wafer epitaksi dalam satu tungku, dan gas proses atas dan bawah dapat diatur secara terpisah, dengan perbedaan suhu ≤ 5°C, yang secara efektif menutupi kerugian dari kurangnya kapasitas produksi tungku epitaksi horizontal monolitik. Suku cadang utamanya adalahBagian Halfmoon Lapisan SiC.Kami menyediakan suku cadang halfmoon 6 inci dan 8 inci kepada pengguna.

Sistem CVD planet berdinding hangat, dengan susunan dasar planet, ditandai dengan pertumbuhan beberapa wafer dalam satu tungku dan efisiensi keluaran yang tinggi. Model yang representatif adalah peralatan epitaksi seri AIXG5WWC (8X150mm) dan G10-SiC (9×150mm atau 6×200mm) dari Aixtron Jerman.

Menurut laporan resmi Aixtron, produk wafer epitaksi 4H-SiC 6 inci dengan ketebalan 10μm yang diproduksi oleh tungku epitaksi G10 dapat secara stabil mencapai indikator berikut: deviasi ketebalan epitaksi antar-wafer ±2,5%, ketebalan epitaksi intra-wafer ketidakseragaman 2%, deviasi konsentrasi doping antar wafer ±5%, ketidakseragaman konsentrasi doping intra-wafer <2%.

Hingga saat ini, model jenis ini jarang digunakan oleh pengguna domestik, dan data produksi batch tidak mencukupi, yang sampai batas tertentu membatasi penerapan tekniknya. Selain itu, karena tingginya hambatan teknis tungku epitaksi multi-wafer dalam hal bidang suhu dan kontrol bidang aliran, pengembangan peralatan serupa di dalam negeri masih dalam tahap penelitian dan pengembangan, dan belum ada model alternatif. , kami dapat menyediakan susceptor Planetary Aixtron seperti 6 inci dan 8 inci dengan lapisan TaC atau lapisan SiC.

Sistem CVD vertikal quasi-hot-wall terutama berputar dengan kecepatan tinggi melalui bantuan mekanis eksternal. Karakteristiknya adalah ketebalan lapisan kental secara efektif dikurangi dengan tekanan ruang reaksi yang lebih rendah, sehingga meningkatkan laju pertumbuhan epitaksial. Pada saat yang sama, ruang reaksinya tidak memiliki dinding atas tempat partikel SiC dapat disimpan, dan tidak mudah menghasilkan benda jatuh. Ini memiliki keunggulan inheren dalam pengendalian cacat. Model yang representatif adalah tungku epitaksi wafer tunggal EPIREVOS6 dan EPIREVOS8 dari Nuflare Jepang.

Menurut Nuflare, laju pertumbuhan perangkat EPIREVOS6 dapat mencapai lebih dari 50μm/jam, dan kepadatan cacat permukaan wafer epitaksi dapat dikontrol di bawah 0,1cm-²; dalam hal kontrol keseragaman, insinyur Nuflare Yoshiaki Daigo melaporkan hasil keseragaman intra-wafer dari wafer epitaksi 6 inci setebal 10μm yang ditumbuhkan menggunakan EPIREVOS6, dan ketidakseragaman ketebalan intra-wafer dan konsentrasi doping masing-masing mencapai 1% dan 2,6%. Kami menyediakan komponen grafit dengan kemurnian tinggi yang dilapisi SiCSilinder Grafit Atas.

Saat ini produsen peralatan dalam negeri seperti Core Third Generation dan JSG telah merancang dan meluncurkan peralatan epitaxial dengan fungsi serupa, namun belum digunakan dalam skala besar.

Secara umum, ketiga jenis peralatan tersebut memiliki karakteristiknya masing-masing dan menempati pangsa pasar tertentu dalam kebutuhan aplikasi yang berbeda:

Struktur CVD horizontal dinding panas memiliki tingkat pertumbuhan, kualitas dan keseragaman yang sangat cepat, pengoperasian dan pemeliharaan peralatan yang sederhana, dan aplikasi produksi skala besar yang matang. Namun, karena jenis wafer tunggal dan perawatan yang sering, efisiensi produksi menjadi rendah; CVD planet dinding hangat umumnya mengadopsi struktur baki 6 (potong) × 100 mm (4 inci) atau 8 (potong) × 150 mm (6 inci), yang sangat meningkatkan efisiensi produksi peralatan dalam hal kapasitas produksi, tetapi sulit untuk mengontrol konsistensi beberapa bagian, dan hasil produksi masih menjadi masalah terbesar; CVD vertikal dinding kuasi-panas memiliki struktur yang kompleks, dan pengendalian cacat kualitas produksi wafer epitaksi sangat baik, yang memerlukan pengalaman pemeliharaan dan penggunaan peralatan yang sangat kaya.

Dengan perkembangan industri yang berkelanjutan, ketiga jenis peralatan ini akan dioptimalkan dan ditingkatkan secara berulang dalam hal struktur, dan konfigurasi peralatan akan menjadi semakin sempurna, memainkan peran penting dalam mencocokkan spesifikasi wafer epitaksi dengan ketebalan dan ketebalan yang berbeda. persyaratan cacat.