Els substrats de carbur de silici (SiC) tenen nombrosos defectes que impedeixen el processament directe. Per crear hòsties de xip, s'ha de fer créixer una pel·lícula d'un sol cristall específica sobre el substrat de SiC mitjançant un procés epitaxial. Aquesta pel·lícula es coneix com la capa epitaxial. Gairebé tots els dispositius SiC es realitzen amb materials epitaxials, i els materials SiC homoepitaxials d'alta qualitat constitueixen la base per al desenvolupament de dispositius SiC. El rendiment dels materials epitaxials determina directament el rendiment dels dispositius de SiC.
Els dispositius de SiC d'alta corrent i alta fiabilitat imposen requisits estrictes sobre la morfologia superficial, la densitat de defecte, la uniformitat del dopatge i la uniformitat del gruix deepitaxialmaterials. Aconseguir una epitaxia de SiC de gran mida, baixa densitat de defecte i d'alta uniformitat s'ha convertit en fonamental per al desenvolupament de la indústria de SiC.
La producció d'epitaxia de SiC d'alta qualitat es basa en processos i equips avançats. Actualment, el mètode més utilitzat per al creixement epitaxial de SiC ésDeposició de vapor químic (CVD).CVD ofereix un control precís sobre el gruix de la pel·lícula epitaxial i la concentració de dopatge, una baixa densitat de defectes, una taxa de creixement moderada i un control de procés automatitzat, cosa que la converteix en una tecnologia fiable per a aplicacions comercials reeixides.
Epitaxia CVD de SiCgeneralment empra equips CVD de paret calenta o paret calenta. Les altes temperatures de creixement (1500–1700 ° C) asseguren la continuació de la forma cristal·lina 4H-SiC. A partir de la relació entre la direcció del flux de gas i la superfície del substrat, les cambres de reacció d'aquests sistemes CVD es poden classificar en estructures horitzontals i verticals.
La qualitat dels forns epitaxials de SiC es valora principalment en tres aspectes: el rendiment del creixement epitaxial (incloent la uniformitat del gruix, la uniformitat del dopatge, la taxa de defectes i la taxa de creixement), el rendiment de la temperatura de l'equip (incloent les taxes d'escalfament/refrigerament, la temperatura màxima i la uniformitat de la temperatura). ), i la rendibilitat (incloent el preu unitari i la capacitat de producció).
Diferències entre tres tipus de forns de creixement epitaxial de SiC
1. Sistemes CVD horitzontals de paret calenta:
-Característiques:Generalment presenten sistemes de creixement de gran mida d'una sola hòstia impulsats per la rotació de flotació de gas, aconseguint excel·lents mètriques intra-hòsties.
-Model representatiu:Pe1O6 de LPE, capaç de carregar/descarregar hòsties automatitzades a 900 °C. Conegut per altes taxes de creixement, cicles epitaxials curts i un rendiment constant entre hòsties i entre tirades.
-Rendiment:Per a hòsties epitaxials 4H-SiC de 4-6 polzades amb un gruix ≤30μm, aconsegueix una no uniformitat del gruix intra-hòstia ≤2%, una concentració de dopatge no uniforme ≤5%, una densitat de defecte superficial ≤1 cm-² i sense defectes. àrea de superfície (cel·les de 2 mm × 2 mm) ≥90%.
-Fabricants nacionals: Empreses com Jingsheng Mechatronics, CETC 48, North Huachuang i Nasset Intelligent han desenvolupat equips epitaxials de SiC d'una sola hòstia similar amb una producció a gran escala.
2. Sistemes CVD planetaris de paret calenta:
-Característiques:Utilitzeu bases d'ordenació planetària per al creixement de múltiples hòsties per lot, millorant significativament l'eficiència de la sortida.
-Models representatius:Sèries AIXG5WWC (8x150mm) i G10-SiC (9x150mm o 6x200mm) d'Aixtron.
-Rendiment:Per a hòsties epitaxials 4H-SiC de 6 polzades amb un gruix ≤10μm, aconsegueix una desviació del gruix entre hòsties ± 2,5%, no uniformitat del gruix intra-hòsties 2%, desviació de la concentració de dopatge entre hòsties ± 5% i dopatge intra-hòsties concentració no uniforme <2%.
-Reptes:Adopció limitada als mercats nacionals a causa de la manca de dades de producció per lots, barreres tècniques en el control del camp de la temperatura i el flux i R+D en curs sense implementació a gran escala.
3. Sistemes CVD verticals de paret quasi calenta:
- Característiques:Utilitzeu assistència mecànica externa per a la rotació del substrat a alta velocitat, reduint el gruix de la capa límit i millorant la taxa de creixement epitaxial, amb avantatges inherents al control de defectes.
- Models representatius:EPIREVOS6 i EPIREVOS8 d'una sola hòstia de Nuflare.
-Rendiment:Aconsegueix taxes de creixement superiors a 50 μm/h, control de densitat de defectes superficials per sota de 0,1 cm² i gruix intra-hòstia i no uniformitat de concentració de dopatge de l'1% i el 2,6%, respectivament.
-Desenvolupament Domèstic:Empreses com Xingsandai i Jingsheng Mechatronics han dissenyat equips similars, però no n'han aconseguit un ús a gran escala.
Resum
Cadascun dels tres tipus estructurals d'equips de creixement epitaxial de SiC té característiques diferents i ocupa segments de mercat específics en funció dels requisits d'aplicació. El CVD horitzontal de paret calenta ofereix taxes de creixement ultra ràpides i una qualitat i uniformitat equilibrades, però té una eficiència de producció més baixa a causa del processament d'una sola hòstia. El CVD planetari de paret càlida millora significativament l'eficiència de la producció, però s'enfronta a reptes en el control de la consistència de múltiples hòsties. El CVD vertical de paret quasi calenta excel·leix en el control de defectes amb una estructura complexa i requereix una àmplia experiència operativa i de manteniment.
A mesura que la indústria evoluciona, l'optimització i les actualitzacions iteratives d'aquestes estructures d'equips donaran lloc a configuracions cada cop més refinades, jugant un paper crucial per complir les diverses especificacions de l'hòstia epitaxial per als requisits de gruix i defectes.
Avantatges i desavantatges dels diferents forns de creixement epitaxial de SiC
| Tipus de forn | Avantatges | Inconvenients | Fabricants representatius |
| CVD horitzontal de paret calenta | Taxa de creixement ràpida, estructura senzilla, fàcil manteniment | Cicle de manteniment curt | LPE (Itàlia), TEL (Japó) |
| CVD planetari de paret calenta | Alta capacitat de producció, eficient | Estructura complexa, control de consistència difícil | Aixtron (Alemanya) |
| CVD vertical de paret quasi calenta | Excel·lent control de defectes, cicle de manteniment llarg | Estructura complexa, difícil de mantenir | Nuflare (Japó) |
Amb el desenvolupament continu de la indústria, aquests tres tipus d'equips es sotmetran a una optimització i actualitzacions estructurals iteratives, donant lloc a configuracions cada cop més refinades que coincideixen amb diverses especificacions d'hòsties epitaxials per als requisits de gruix i defectes.
Hora de publicació: 19-jul-2024