Contenido optimizado y traducido sobre equipos de crecimiento epitaxial de carburo de silicio

Los sustratos de carburo de silicio (SiC) tienen numerosos defectos que impiden el procesamiento directo. Para crear obleas de chip, se debe hacer crecer una película monocristalina específica sobre el sustrato de SiC mediante un proceso epitaxial. Esta película se conoce como capa epitaxial. Casi todos los dispositivos de SiC se fabrican con materiales epitaxiales, y los materiales de SiC homoepitaxiales de alta calidad forman la base para el desarrollo de dispositivos de SiC. El rendimiento de los materiales epitaxiales determina directamente el rendimiento de los dispositivos de SiC.

Los dispositivos de SiC de alta corriente y alta confiabilidad imponen requisitos estrictos sobre la morfología de la superficie, la densidad de defectos, la uniformidad del dopaje y la uniformidad del espesor deepitaxialmateriales. Lograr una epitaxia de SiC de gran tamaño, baja densidad de defectos y alta uniformidad se ha vuelto fundamental para el desarrollo de la industria del SiC.

La producción de epitaxia de SiC de alta calidad depende de procesos y equipos avanzados. Actualmente, el método más utilizado para el crecimiento epitaxial de SiC esDeposición química de vapor (CVD).CVD ofrece un control preciso sobre el espesor de la película epitaxial y la concentración de dopaje, baja densidad de defectos, tasa de crecimiento moderada y control automatizado del proceso, lo que la convierte en una tecnología confiable para aplicaciones comerciales exitosas.

Epitaxia CVD de SiCgeneralmente emplea equipos CVD de pared caliente o de pared cálida. Las altas temperaturas de crecimiento (1500–1700°C) aseguran la continuación de la forma cristalina de 4H-SiC. Según la relación entre la dirección del flujo de gas y la superficie del sustrato, las cámaras de reacción de estos sistemas CVD se pueden clasificar en estructuras horizontales y verticales.

La calidad de los hornos epitaxiales de SiC se juzga principalmente en función de tres aspectos: rendimiento del crecimiento epitaxial (incluida la uniformidad del espesor, la uniformidad del dopaje, la tasa de defectos y la tasa de crecimiento), el rendimiento de la temperatura del equipo (incluidas las tasas de calentamiento/enfriamiento, la temperatura máxima y la uniformidad de la temperatura). ) y rentabilidad (incluido el precio unitario y la capacidad de producción).

Diferencias entre tres tipos de hornos de crecimiento epitaxial de SiC

1. Sistemas CVD horizontales de pared caliente:

-Características:Generalmente cuentan con sistemas de crecimiento de gran tamaño de una sola oblea impulsados ​​por rotación de flotación de gas, logrando excelentes métricas intra-oblea.

-Modelo Representativo:Pe1O6 de LPE, capaz de realizar carga/descarga automática de obleas a 900°C. Conocido por sus altas tasas de crecimiento, ciclos epitaxiales cortos y rendimiento constante dentro de la oblea y entre ejecuciones.

-Actuación:Para obleas epitaxiales de 4H-SiC de 4 a 6 pulgadas con un espesor ≤30μm, se logra una falta de uniformidad en el espesor intra-oblea ≤2%, una falta de uniformidad en la concentración de dopaje ≤5%, una densidad de defectos en la superficie ≤1 cm-² y libre de defectos. área de superficie (celdas de 2 mm × 2 mm) ≥90 %.

-Fabricantes nacionales: Empresas como Jingsheng Mechatronics, CETC 48, North Huachuang y Nasset Intelligent han desarrollado equipos epitaxiales de SiC de oblea única similares con producción a mayor escala.

2. Sistemas CVD planetarios de pared cálida:

-Características:Utilice bases de disposición planetaria para el crecimiento de múltiples obleas por lote, lo que mejora significativamente la eficiencia de producción.

-Modelos representativos:Serie AIXG5WWC (8x150 mm) y G10-SiC (9x150 mm o 6x200 mm) de Aixtron.

-Actuación:Para obleas epitaxiales de 4H-SiC de 6 pulgadas con un espesor ≤10 μm, se logra una desviación del espesor entre obleas de ±2,5 %, una falta de uniformidad en el espesor intra-oblea del 2 %, una desviación de la concentración de dopaje entre obleas de ±5 % y dopaje intra-oblea falta de uniformidad de la concentración <2%.

-Desafíos:Adopción limitada en los mercados nacionales debido a la falta de datos de producción por lotes, barreras técnicas en el control de temperatura y flujo en el campo, e investigación y desarrollo en curso sin una implementación a gran escala.

3. Sistemas CVD verticales de pared casi caliente:

- Características:Utilice asistencia mecánica externa para la rotación del sustrato a alta velocidad, reduciendo el espesor de la capa límite y mejorando la tasa de crecimiento epitaxial, con ventajas inherentes en el control de defectos.

- Modelos representativos:EPIREVOS6 y EPIREVOS8 de oblea única de Nuflare.

-Actuación:Logra tasas de crecimiento superiores a 50 μm/h, control de densidad de defectos en la superficie inferior a 0,1 cm-² y falta de uniformidad en el espesor intraoblea y la concentración de dopaje del 1% y 2,6%, respectivamente.

-Desarrollo interno:Empresas como Xingsandai y Jingsheng Mechatronics han diseñado equipos similares pero no han logrado un uso a gran escala.

Resumen

Cada uno de los tres tipos estructurales de equipos de crecimiento epitaxial de SiC tiene características distintas y ocupa segmentos de mercado específicos según los requisitos de la aplicación. El CVD horizontal de pared caliente ofrece tasas de crecimiento ultrarrápidas y una calidad y uniformidad equilibradas, pero tiene una menor eficiencia de producción debido al procesamiento de una sola oblea. El CVD planetario de pared cálida mejora significativamente la eficiencia de la producción, pero enfrenta desafíos en el control de la consistencia de múltiples obleas. El CVD vertical de pared cuasi caliente sobresale en el control de defectos con estructura compleja y requiere una amplia experiencia operativa y de mantenimiento.

A medida que la industria evoluciona, la optimización iterativa y las actualizaciones en estas estructuras de equipos conducirán a configuraciones cada vez más refinadas, desempeñando un papel crucial en el cumplimiento de diversas especificaciones de obleas epitaxiales en cuanto a espesor y requisitos de defectos.

Ventajas y desventajas de los diferentes hornos de crecimiento epitaxial de SiC

Con el desarrollo continuo de la industria, estos tres tipos de equipos se someterán a optimizaciones y actualizaciones estructurales iterativas, lo que conducirá a configuraciones cada vez más refinadas que coincidan con varias especificaciones de obleas epitaxiales en cuanto a espesor y requisitos de defectos.