Các lộ trình kỹ thuật khác nhau của lò tăng trưởng epiticular SiC

Chất nền cacbua silic có nhiều khuyết tật và không thể xử lý trực tiếp. Một màng mỏng đơn tinh thể cụ thể cần được phát triển trên chúng thông qua quy trình epiticular để tạo ra các tấm chip. Lớp màng mỏng này là lớp epitaxy. Hầu hết tất cả các thiết bị cacbua silic đều được thực hiện trên vật liệu epiticular. Vật liệu epitaxy đồng nhất cacbua silic chất lượng cao là cơ sở để phát triển các thiết bị cacbua silic. Hiệu suất của vật liệu epiticular trực tiếp quyết định việc hiện thực hóa hiệu suất của các thiết bị cacbua silic.

Các thiết bị cacbua silic dòng điện cao và độ tin cậy cao đã đưa ra các yêu cầu nghiêm ngặt hơn về hình thái bề mặt, mật độ khuyết tật, độ pha tạp và độ đồng đều độ dày của vật liệu epiticular. Kích thước lớn, mật độ khuyết tật thấp và độ đồng đều caoepitaxy cacbua silicđã trở thành chìa khóa cho sự phát triển của ngành công nghiệp cacbua silic.

Công tác chuẩn bị chất lượng caoepitaxy cacbua silicđòi hỏi quy trình và thiết bị tiên tiến. Phương pháp tăng trưởng epitaxy cacbua silic được sử dụng rộng rãi nhất là lắng đọng hơi hóa học (CVD), có ưu điểm là kiểm soát chính xác độ dày màng epitaxy và nồng độ pha tạp, ít khuyết tật hơn, tốc độ tăng trưởng vừa phải và kiểm soát quá trình tự động. Đây là một công nghệ đáng tin cậy đã được thương mại hóa thành công.

Epit Wax CVD silicon cacbua thường sử dụng thiết bị CVD tường nóng hoặc tường ấm, đảm bảo sự tiếp tục của lớp epiticular 4H tinh thể SiC trong điều kiện nhiệt độ tăng trưởng cao hơn (1500-1700oC). Sau nhiều năm phát triển, CVD tường nóng hoặc tường ấm có thể được chia thành lò phản ứng cấu trúc ngang nằm ngang và lò phản ứng cấu trúc thẳng đứng theo mối quan hệ giữa hướng của dòng khí đầu vào và bề mặt nền.

Chất lượng của lò epiticular silic cacbua chủ yếu có ba chỉ số. Đầu tiên là hiệu suất tăng trưởng epiticular, bao gồm độ đồng đều độ dày, độ đồng đều doping, tỷ lệ khuyết tật và tốc độ tăng trưởng; thứ hai là hiệu suất nhiệt độ của chính thiết bị, bao gồm tốc độ làm nóng/làm mát, nhiệt độ tối đa, độ đồng đều nhiệt độ; và cuối cùng là hiệu suất chi phí của chính thiết bị, bao gồm đơn giá và năng lực sản xuất.

Sự khác biệt giữa ba loại lò tăng trưởng epiticular silic cacbua

CVD ngang tường nóng, CVD hành tinh tường ấm và CVD dọc tường gần nóng là những giải pháp công nghệ thiết bị epiticular chủ đạo đã được áp dụng thương mại ở giai đoạn này. Ba thiết bị kỹ thuật cũng có những đặc điểm riêng và có thể được lựa chọn theo nhu cầu. Sơ đồ cấu trúc được thể hiện trong hình dưới đây:

Hệ thống CVD ngang tường nóng nói chung là một hệ thống tăng trưởng kích thước lớn một tấm wafer được điều khiển bởi quá trình tuyển nổi và quay không khí. Thật dễ dàng để đạt được các chỉ số tốt trong wafer. Model đại diện là Pe1O6 của Công ty LPE tại Ý. Máy này có thể tự động tải và dỡ các tấm wafer ở 900oC. Các đặc điểm chính là tốc độ tăng trưởng cao, chu kỳ epiticular ngắn, tính nhất quán tốt trong wafer và giữa các lò, v.v. Nó có thị phần cao nhất ở Trung Quốc

Theo báo cáo chính thức của LPE, kết hợp với nhu cầu sử dụng của những người dùng lớn, các sản phẩm wafer epiticular 4H-SiC 100-150mm (4-6 inch) có độ dày dưới 30μm do lò epiticular Pe1O6 sản xuất có thể đạt được ổn định các chỉ số sau: độ dày epiticular trong wafer không đồng đều 2%, nồng độ pha tạp trong wafer không đồng đều 5%, mật độ khuyết tật bề mặt ≤1cm-2, diện tích không có khuyết tật bề mặt (ô đơn vị 2 mm × 2 mm) ≥90%.

Các công ty trong nước như JSG, CETC 48, NAURA và NASO đã phát triển thiết bị epitaxy cacbua silic nguyên khối có chức năng tương tự và đã đạt được lô hàng quy mô lớn. Ví dụ, vào tháng 2 năm 2023, JSG đã cho ra mắt thiết bị epiticular SiC hai wafer 6 inch. Thiết bị sử dụng lớp trên và lớp dưới của lớp trên và lớp dưới của bộ phận than chì của buồng phản ứng để phát triển hai tấm wafer epiticular trong một lò duy nhất, và khí xử lý trên và dưới có thể được điều chỉnh riêng biệt, với chênh lệch nhiệt độ ≤ 5°C, bù đắp một cách hiệu quả cho nhược điểm là năng lực sản xuất của lò nung epiticular ngang nguyên khối không đủ. Phụ tùng chính làBộ phận Halfmoon phủ SiC.Chúng tôi đang cung cấp các bộ phận bán nguyệt 6 inch và 8 inch cho người dùng.

Hệ thống CVD hành tinh vách ấm, với sự sắp xếp hành tinh của đế, được đặc trưng bởi sự phát triển của nhiều tấm bán dẫn trong một lò duy nhất và hiệu suất đầu ra cao. Model tiêu biểu là thiết bị epiticular dòng AIXG5WWC (8X150mm) và G10-SiC (9×150mm hoặc 6×200mm) của Aixtron của Đức.

Theo báo cáo chính thức của Aixtron, các sản phẩm wafer epiticular 4H-SiC 6 inch có độ dày 10μm do lò epiticular G10 sản xuất có thể đạt được ổn định các chỉ số sau: độ lệch độ dày epiticular giữa các wafer là ± 2,5%, độ dày epiticular trong wafer độ không đồng nhất 2%, độ lệch nồng độ pha tạp giữa các tấm wafer là ±5%, nồng độ pha tạp trong các tấm wafer không đồng đều <2%.

Cho đến nay, loại mô hình này hiếm khi được người dùng trong nước sử dụng và dữ liệu sản xuất hàng loạt không đầy đủ, điều này ở một mức độ nhất định hạn chế ứng dụng kỹ thuật của nó. Ngoài ra, do các rào cản kỹ thuật cao của lò nung epiticular nhiều wafer về mặt kiểm soát trường nhiệt độ và dòng chảy, việc phát triển các thiết bị gia dụng tương tự vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu và phát triển và chưa có mô hình thay thế. , chúng tôi có thể cung cấp chất nhạy cảm hành tinh Aixtron như 6 inch và 8 inch với lớp phủ TaC hoặc lớp phủ SiC.

Hệ thống CVD dọc gần như tường nóng chủ yếu quay ở tốc độ cao thông qua sự hỗ trợ cơ học bên ngoài. Đặc điểm của nó là độ dày của lớp nhớt được giảm đi một cách hiệu quả nhờ áp suất buồng phản ứng thấp hơn, do đó làm tăng tốc độ tăng trưởng epiticular. Đồng thời, buồng phản ứng của nó không có thành trên để các hạt SiC có thể lắng đọng và không dễ tạo ra vật rơi. Nó có một lợi thế cố hữu trong việc kiểm soát lỗi. Các mô hình tiêu biểu là lò nung epiticular đĩa đơn EPIREVOS6 và EPIREVOS8 của Nuflare Nhật Bản.

Theo Nuflare, tốc độ tăng trưởng của thiết bị EPIREVOS6 có thể đạt hơn 50μm/h và mật độ khuyết tật bề mặt của tấm wafer epiticular có thể được kiểm soát dưới 0,1cm-²; về mặt kiểm soát tính đồng nhất, kỹ sư Yoshiaki Daigo của Nuflare đã báo cáo kết quả về tính đồng nhất trong tấm wafer của tấm wafer epiticular dày 10μm dày 6 inch được trồng bằng EPIREVOS6, và độ dày trong tấm wafer và nồng độ pha tạp không đồng đều lần lượt đạt 1% và 2,6%. Chúng tôi đang cung cấp các bộ phận than chì có độ tinh khiết cao được phủ SiC nhưXi lanh than chì trên.

Hiện nay, các nhà sản xuất thiết bị trong nước như Core Third Generation và JSG đã thiết kế và cho ra đời các thiết bị epitaxy có chức năng tương tự nhưng chưa được sử dụng trên quy mô lớn.

Nhìn chung, ba loại thiết bị đều có những đặc điểm riêng và chiếm thị phần nhất định trong các nhu cầu ứng dụng khác nhau:

Cấu trúc CVD ngang tường nóng có tốc độ tăng trưởng cực nhanh, chất lượng và tính đồng nhất, vận hành và bảo trì thiết bị đơn giản cũng như các ứng dụng sản xuất quy mô lớn hoàn thiện. Tuy nhiên, do loại wafer đơn và phải bảo trì thường xuyên nên hiệu quả sản xuất thấp; CVD hành tinh tường ấm thường sử dụng cấu trúc khay 6 (mảnh) × 100 mm (4 inch) hoặc 8 (mảnh) × 150 mm (6 inch), giúp cải thiện đáng kể hiệu quả sản xuất của thiết bị về năng lực sản xuất, nhưng khó kiểm soát tính nhất quán của nhiều phần và năng suất sản xuất vẫn là vấn đề lớn nhất; CVD dọc tường gần như nóng có cấu trúc phức tạp và khả năng kiểm soát khuyết tật chất lượng của quá trình sản xuất wafer epiticular là tuyệt vời, đòi hỏi kinh nghiệm sử dụng và bảo trì thiết bị cực kỳ phong phú.

Với sự phát triển không ngừng của ngành, ba loại thiết bị này sẽ được tối ưu hóa và nâng cấp nhiều lần về mặt cấu trúc, cấu hình thiết bị sẽ ngày càng hoàn hảo hơn, đóng vai trò quan trọng trong việc phù hợp với các thông số kỹ thuật của tấm wafer epiticular với độ dày và độ dày khác nhau. yêu cầu khiếm khuyết.