Nội dung được tối ưu hóa và dịch trên thiết bị tăng trưởng epiticular Silicon Carbide

Chất nền cacbua silic (SiC) có nhiều khuyết tật cản trở quá trình xử lý trực tiếp. Để tạo ra các tấm chip, một màng đơn tinh thể cụ thể phải được phát triển trên đế SiC thông qua quy trình epiticular. Lớp màng này được gọi là lớp epitaxy. Gần như tất cả các thiết bị SiC đều được hiện thực hóa trên vật liệu epiticular và vật liệu SiC đồng trục chất lượng cao tạo thành nền tảng cho việc phát triển thiết bị SiC. Hiệu suất của vật liệu epiticular quyết định trực tiếp đến hiệu suất của thiết bị SiC.

Các thiết bị SiC dòng điện cao và độ tin cậy cao đặt ra các yêu cầu nghiêm ngặt về hình thái bề mặt, mật độ khuyết tật, độ đồng đều pha tạp và độ đồng đều độ dày củaepitaxynguyên vật liệu. Việc đạt được epit Wax SiC kích thước lớn, mật độ khuyết tật thấp và độ đồng đều cao đã trở nên quan trọng đối với sự phát triển của ngành công nghiệp SiC.

Sản xuất epit Wax SiC chất lượng cao dựa vào quy trình và thiết bị tiên tiến. Hiện nay, phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất để tăng trưởng epiticular SiC làLắng đọng hơi hóa học (CVD).CVD cung cấp khả năng kiểm soát chính xác độ dày màng epiticular và nồng độ pha tạp, mật độ khuyết tật thấp, tốc độ tăng trưởng vừa phải và kiểm soát quy trình tự động, khiến nó trở thành công nghệ đáng tin cậy cho các ứng dụng thương mại thành công.

Epitaxy SiC CVDthường sử dụng thiết bị CVD tường nóng hoặc tường ấm. Nhiệt độ tăng trưởng cao (1500–1700°C) đảm bảo sự tiếp tục của dạng tinh thể 4H-SiC. Dựa trên mối quan hệ giữa hướng dòng khí và bề mặt nền, buồng phản ứng của các hệ thống CVD này có thể được phân loại thành cấu trúc ngang và cấu trúc dọc.

Chất lượng của lò epiticular SiC chủ yếu được đánh giá dựa trên ba khía cạnh: hiệu suất tăng trưởng epiticular (bao gồm độ đồng đều về độ dày, độ đồng đều doping, tỷ lệ khuyết tật và tốc độ tăng trưởng), hiệu suất nhiệt độ của thiết bị (bao gồm tốc độ gia nhiệt/làm mát, nhiệt độ tối đa và độ đồng đều nhiệt độ). ) và hiệu quả chi phí (bao gồm đơn giá và năng lực sản xuất).

Sự khác biệt giữa ba loại lò tăng trưởng epiticular SiC

1. Hệ thống CVD ngang tường nóng:

-Đặc trưng:Nói chung có các hệ thống tăng trưởng kích thước lớn một tấm wafer được điều khiển bởi quá trình quay tuyển nổi khí, đạt được các số liệu tuyệt vời trong wafer.

-Người mẫu đại diện:Pe1O6 của LPE, có khả năng nạp/dỡ wafer tự động ở 900°C. Được biết đến với tốc độ tăng trưởng cao, chu kỳ epiticular ngắn và hiệu suất ổn định giữa các wafer và giữa các lần chạy.

-Hiệu suất:Đối với các tấm wafer epiticular 4-6 inch 4H-SiC có độ dày ≤30μm, nó đạt được độ dày trong tấm wafer không đồng đều 2%, nồng độ pha tạp không đồng đều 5%, mật độ khuyết tật bề mặt ≤1 cm-² và không có khuyết tật diện tích bề mặt (ô 2mm×2mm) ≥90%.

-Nhà sản xuất trong nước: Các công ty như Jingsheng Mechatronics, CETC 48, North Huachuang và Nasset Intelligence đã phát triển thiết bị epiticular SiC wafer đơn tương tự với quy mô sản xuất lớn.

2. Hệ thống CVD hành tinh tường ấm:

-Đặc trưng:Sử dụng các đế sắp xếp hành tinh để tăng trưởng nhiều wafer trên mỗi mẻ, cải thiện đáng kể hiệu quả đầu ra.

-Người mẫu đại diện:Dòng AIXG5WWC (8x150mm) và G10-SiC (9x150mm hoặc 6x200mm) của Aixtron.

-Hiệu suất:Đối với các tấm wafer epiticular 4H-SiC 6 inch có độ dày 10μm, nó đạt được độ lệch độ dày giữa các tấm wafer ± 2,5%, độ dày trong các tấm wafer không đồng đều 2%, độ lệch nồng độ pha tạp giữa các tấm wafer ± 5% và pha tạp trong các tấm wafer nồng độ không đồng đều <2%.

-Thử thách:Việc áp dụng hạn chế ở thị trường trong nước do thiếu dữ liệu sản xuất hàng loạt, các rào cản kỹ thuật trong kiểm soát nhiệt độ và dòng chảy cũng như hoạt động R&D đang diễn ra mà không triển khai trên quy mô lớn.

3. Hệ thống CVD dọc gần như tường nóng:

- Đặc trưng:Sử dụng sự hỗ trợ cơ học bên ngoài để quay bề mặt tốc độ cao, giảm độ dày lớp biên và cải thiện tốc độ tăng trưởng epiticular, với những lợi thế vốn có trong kiểm soát khuyết tật.

- Người mẫu đại diện:Tấm wafer đơn EPIREVOS6 và EPIREVOS8 của Nuflare.

-Hiệu suất:Đạt được tốc độ tăng trưởng trên 50μm/h, kiểm soát mật độ khuyết tật bề mặt dưới 0,1 cm-², độ dày bên trong tấm wafer và nồng độ pha tạp không đồng đều lần lượt là 1% và 2,6%.

-Phát triển trong nước:Các công ty như Xingsandai và Jingsheng Mechatronics đã thiết kế các thiết bị tương tự nhưng chưa đạt được mục đích sử dụng trên quy mô lớn.

Bản tóm tắt

Mỗi loại trong số ba loại cấu trúc của thiết bị tăng trưởng epiticular SiC đều có những đặc điểm riêng biệt và chiếm các phân khúc thị trường cụ thể dựa trên yêu cầu ứng dụng. CVD ngang tường nóng mang lại tốc độ tăng trưởng cực nhanh, chất lượng và tính đồng nhất cân bằng nhưng có hiệu quả sản xuất thấp hơn do xử lý tấm wafer đơn. CVD hành tinh có thành ấm giúp tăng cường đáng kể hiệu quả sản xuất nhưng phải đối mặt với những thách thức trong việc kiểm soát tính nhất quán của nhiều tấm wafer. CVD dọc gần như tường nóng vượt trội trong việc kiểm soát khuyết tật với cấu trúc phức tạp và đòi hỏi kinh nghiệm vận hành và bảo trì sâu rộng.

Khi ngành công nghiệp phát triển, việc tối ưu hóa và nâng cấp lặp đi lặp lại trong các cấu trúc thiết bị này sẽ dẫn đến cấu hình ngày càng tinh tế, đóng vai trò quan trọng trong việc đáp ứng các thông số kỹ thuật wafer epiticular đa dạng cho các yêu cầu về độ dày và khuyết tật.

Ưu điểm và nhược điểm của các lò tăng trưởng epiticular SiC khác nhau

Với sự phát triển không ngừng của ngành, ba loại thiết bị này sẽ trải qua quá trình tối ưu hóa và nâng cấp cấu trúc lặp đi lặp lại, dẫn đến cấu hình ngày càng được cải tiến phù hợp với các thông số kỹ thuật khác nhau của tấm wafer epiticular cho các yêu cầu về độ dày và khuyết tật.