Conteúdo otimizado e traduzido em equipamentos de crescimento epitaxial de carboneto de silício

Os substratos de carboneto de silício (SiC) apresentam numerosos defeitos que impedem o processamento direto. Para criar wafers de chip, um filme monocristalino específico deve ser cultivado no substrato de SiC por meio de um processo epitaxial. Este filme é conhecido como camada epitaxial. Quase todos os dispositivos de SiC são realizados em materiais epitaxiais, e materiais de SiC homoepitaxiais de alta qualidade formam a base para o desenvolvimento de dispositivos de SiC. O desempenho dos materiais epitaxiais determina diretamente o desempenho dos dispositivos SiC.

Dispositivos SiC de alta corrente e alta confiabilidade impõem requisitos rigorosos à morfologia da superfície, densidade de defeitos, uniformidade de dopagem e uniformidade de espessura deepitaxialmateriais. Alcançar epitaxia de SiC de grande tamanho, baixa densidade de defeitos e alta uniformidade tornou-se fundamental para o desenvolvimento da indústria de SiC.

A produção de epitaxia de SiC de alta qualidade depende de processos e equipamentos avançados. Atualmente, o método mais utilizado para crescimento epitaxial de SiC éDeposição Química de Vapor (CVD).O CVD oferece controle preciso sobre a espessura do filme epitaxial e concentração de dopagem, baixa densidade de defeitos, taxa de crescimento moderada e controle de processo automatizado, tornando-o uma tecnologia confiável para aplicações comerciais de sucesso.

Epitaxia SiC CVDgeralmente emprega equipamento CVD de parede quente ou parede quente. Altas temperaturas de crescimento (1500–1700°C) garantem a continuação da forma cristalina 4H-SiC. Com base na relação entre a direção do fluxo de gás e a superfície do substrato, as câmaras de reação destes sistemas CVD podem ser classificadas em estruturas horizontais e verticais.

A qualidade dos fornos epitaxiais de SiC é avaliada principalmente em três aspectos: desempenho de crescimento epitaxial (incluindo uniformidade de espessura, uniformidade de dopagem, taxa de defeito e taxa de crescimento), desempenho de temperatura do equipamento (incluindo taxas de aquecimento/resfriamento, temperatura máxima e uniformidade de temperatura). ) e relação custo-eficácia (incluindo preço unitário e capacidade de produção).

Diferenças entre três tipos de fornos de crescimento epitaxial de SiC

1. Sistemas CVD horizontais de parede quente:

-Características:Geralmente apresentam sistemas de crescimento de grande porte de wafer único impulsionados pela rotação de flutuação de gás, alcançando excelentes métricas intra-wafer.

-Modelo Representativo:Pe1O6 do LPE, capaz de carga/descarga automatizada de wafer a 900°C. Conhecido por altas taxas de crescimento, ciclos epitaxiais curtos e desempenho consistente intra-wafer e entre execuções.

-Desempenho:Para wafers epitaxiais 4H-SiC de 4-6 polegadas com espessura ≤30μm, atinge não uniformidade de espessura intra-wafer ≤2%, não uniformidade de concentração de dopagem ≤5%, densidade de defeito de superfície ≤1 cm-² e livre de defeitos área de superfície (células de 2 mm × 2 mm) ≥90%.

-Fabricantes nacionais: Empresas como Jingsheng Mechatronics, CETC 48, North Huachuang e Nasset Intelligent desenvolveram equipamentos epitaxiais de SiC de wafer único semelhantes com produção em escala.

2. Sistemas CVD planetários de parede quente:

-Características:Use bases de arranjo planetário para crescimento de vários wafers por lote, melhorando significativamente a eficiência de produção.

-Modelos Representativos:Série AIXG5WWC (8x150mm) e G10-SiC (9x150mm ou 6x200mm) da Aixtron.

-Desempenho:Para wafers epitaxiais 4H-SiC de 6 polegadas com espessura ≤10μm, ele atinge desvio de espessura entre wafers ± 2,5%, não uniformidade de espessura intra-wafer 2%, desvio de concentração de dopagem entre wafers ± 5% e dopagem intra-wafer não uniformidade de concentração <2%.

-Desafios:Adoção limitada nos mercados nacionais devido à falta de dados de produção em lote, barreiras técnicas no controle de temperatura e fluxo de campo e pesquisa e desenvolvimento contínuos sem implementação em larga escala.

3. Sistemas CVD verticais de parede quase quente:

- Características:Utilize assistência mecânica externa para rotação do substrato em alta velocidade, reduzindo a espessura da camada limite e melhorando a taxa de crescimento epitaxial, com vantagens inerentes no controle de defeitos.

- Modelos representativos:EPIREVOS6 e EPIREVOS8 de wafer único da Nuflare.

-Desempenho:Alcança taxas de crescimento acima de 50μm/h, controle de densidade de defeitos superficiais abaixo de 0,1 cm-² e espessura intra-wafer e não uniformidade de concentração de dopagem de 1% e 2,6%, respectivamente.

-Desenvolvimento Interno:Empresas como a Xingsandai e a Jingsheng Mechatronics projetaram equipamentos semelhantes, mas não alcançaram uso em larga escala.

Resumo

Cada um dos três tipos estruturais de equipamento de crescimento epitaxial de SiC possui características distintas e ocupa segmentos de mercado específicos com base nos requisitos da aplicação. O CVD horizontal de parede quente oferece taxas de crescimento ultrarrápidas e qualidade e uniformidade equilibradas, mas tem menor eficiência de produção devido ao processamento de wafer único. O CVD planetário de parede quente aumenta significativamente a eficiência da produção, mas enfrenta desafios no controle de consistência de múltiplos wafers. O CVD vertical de parede quase quente se destaca no controle de defeitos com estrutura complexa e requer ampla experiência operacional e de manutenção.

À medida que a indústria evolui, a otimização iterativa e as atualizações nessas estruturas de equipamentos levarão a configurações cada vez mais refinadas, desempenhando papéis cruciais no atendimento a diversas especificações de wafer epitaxial para requisitos de espessura e defeitos.

Vantagens e desvantagens de diferentes fornos de crescimento epitaxial de SiC

Com o desenvolvimento contínuo da indústria, esses três tipos de equipamentos passarão por otimização e atualizações estruturais iterativas, levando a configurações cada vez mais refinadas que atendem a diversas especificações de wafer epitaxial para requisitos de espessura e defeitos.