เส้นทางทางเทคนิคที่แตกต่างกันของเตาหลอมการเจริญเติบโตของ sic epitaxial

พื้นผิวซิลิกอนคาร์ไบด์มีข้อบกพร่องมากมายและไม่สามารถประมวลผลได้โดยตรง ฟิล์มบางคริสตัลบาง ๆ ที่เฉพาะเจาะจงจะต้องเติบโตบนพวกเขาผ่านกระบวนการ epitaxial เพื่อสร้างเวเฟอร์ชิป ฟิล์มบางนี้เป็นเลเยอร์ epitaxial อุปกรณ์ซิลิคอนคาร์ไบด์เกือบทั้งหมดได้รับการรับรู้บนวัสดุ epitaxial วัสดุ epitaxial ที่เป็นเนื้อเดียวกันซิลิกอนคุณภาพสูงเป็นพื้นฐานสำหรับการพัฒนาอุปกรณ์ซิลิกอนคาร์ไบด์ ประสิทธิภาพของวัสดุ epitaxial โดยตรงจะเป็นตัวกำหนดประสิทธิภาพของประสิทธิภาพของอุปกรณ์ซิลิคอนคาร์ไบด์

อุปกรณ์ซิลิกอนคาร์ไบด์ที่มีกระแสสูงและมีความน่าเชื่อถือสูงมีความต้องการที่เข้มงวดมากขึ้นเกี่ยวกับสัณฐานวิทยาของพื้นผิวความหนาแน่นของข้อบกพร่องการเติมและความหนาของวัสดุ epitaxial ความหนาแน่นขนาดใหญ่ที่มีความหนาแน่นต่ำและความไม่สม่ำเสมอepitaxy ซิลิคอนคาร์ไบด์ได้กลายเป็นกุญแจสำคัญในการพัฒนาอุตสาหกรรมซิลิกอนคาร์ไบด์

การเตรียมคุณภาพสูงepitaxy ซิลิคอนคาร์ไบด์ต้องใช้กระบวนการและอุปกรณ์ขั้นสูง วิธีการเจริญเติบโตของ silicon carbide epitaxial ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดคือการสะสมไอสารเคมี (CVD) ซึ่งมีข้อดีของการควบคุมความหนาของฟิล์ม epitaxial ที่แม่นยำและความเข้มข้นของยาสลบลดอัตราการเจริญเติบโตปานกลางและการควบคุมกระบวนการอัตโนมัติ มันเป็นเทคโนโลยีที่เชื่อถือได้ซึ่งประสบความสำเร็จในเชิงพาณิชย์

โดยทั่วไปแล้ว Silicon Carbide CVD Epitaxy ใช้อุปกรณ์ Hot Wall หรือ Warm Wall CVD ซึ่งช่วยให้มั่นใจได้ถึงความต่อเนื่องของชั้น epitaxial 4H คริสตัล SIC ภายใต้สภาวะอุณหภูมิการเจริญเติบโตที่สูงขึ้น (1500-1700 ℃) หลังจากหลายปีของการพัฒนาผนังร้อนหรือผนัง CVD ที่อบอุ่นสามารถแบ่งออกเป็นเครื่องปฏิกรณ์โครงสร้างแนวนอนและเครื่องปฏิกรณ์โครงสร้างแนวตั้งตามความสัมพันธ์ระหว่างทิศทางของการไหลของก๊าซทางเข้าและพื้นผิวพื้นผิว

คุณภาพของเตาหลอม epitaxial ซิลิคอนส่วนใหญ่มีตัวบ่งชี้สามตัว อย่างแรกคือประสิทธิภาพการเจริญเติบโตของ epitaxial รวมถึงความสม่ำเสมอความหนาความสม่ำเสมอของยาสลบอัตราข้อบกพร่องและอัตราการเติบโต ประการที่สองคือประสิทธิภาพอุณหภูมิของอุปกรณ์เองรวมถึงอัตราความร้อน/ความเย็นอุณหภูมิสูงสุดความสม่ำเสมอของอุณหภูมิ และในที่สุดประสิทธิภาพต้นทุนของอุปกรณ์เองรวมถึงราคาต่อหน่วยและกำลังการผลิต

ความแตกต่างระหว่างเตาหลอมการเจริญเติบโตของซิลิกอนคาร์ไบด์สามประเภท

CVD แนวนอนผนังร้อน CVD Wall Wall Planetary และ CVD แนวตั้งที่ร้อนแรงกึ่งร้อนเป็นโซลูชั่นเทคโนโลยีอุปกรณ์ epitaxial หลักที่ถูกนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ในขั้นตอนนี้ อุปกรณ์ทางเทคนิคทั้งสามยังมีลักษณะของตัวเองและสามารถเลือกได้ตามความต้องการ แผนภาพโครงสร้างแสดงในรูปด้านล่าง:

ระบบ CVD แนวนอนผนังร้อนโดยทั่วไปเป็นระบบการเจริญเติบโตขนาดใหญ่ที่มีขนาดใหญ่ที่ขับเคลื่อนด้วยการลอยตัวและการหมุนของอากาศ เป็นเรื่องง่ายที่จะบรรลุตัวชี้วัดที่ดีในการพนัน รูปแบบตัวแทนคือ PE1O6 ของ บริษัท LPE ในอิตาลี เครื่องนี้สามารถรับรู้การโหลดอัตโนมัติและการขนถ่ายเวเฟอร์ที่ 900 ℃ คุณสมบัติหลักคืออัตราการเติบโตที่สูงวัฏจักร epitaxial ระยะสั้นความสอดคล้องที่ดีภายในเวเฟอร์และระหว่างเตาเผา ฯลฯ มีส่วนแบ่งการตลาดสูงสุดในประเทศจีน

ตามรายงานอย่างเป็นทางการของ LPE เมื่อรวมกับการใช้งานของผู้ใช้รายใหญ่, 100-150 มม. (4-6 นิ้ว) ผลิตภัณฑ์เวเฟอร์ epitaxial 4H-SIC ที่มีความหนาน้อยกว่า30μMที่ผลิตโดยเตาเผา PE1O6 epitaxial ความหนาแน่น≤1cm-2 พื้นที่ปราศจากข้อบกพร่องของพื้นผิว (เซลล์หน่วย 2 มม. × 2 มม.) ≥90%

บริษัท ในประเทศเช่น JSG, CETC 48, Naura และ Naso ได้พัฒนาอุปกรณ์ epitaxial ของซิลิกอนคาร์ไบด์ที่มีฟังก์ชั่นที่คล้ายกันและได้รับการจัดส่งขนาดใหญ่ ตัวอย่างเช่นในเดือนกุมภาพันธ์ 2566 JSG เปิดตัวอุปกรณ์ sic epitaxial ขนาด 6 นิ้ว อุปกรณ์ใช้ชั้นบนและล่างของชั้นบนและล่างของชิ้นส่วนกราไฟท์ของห้องปฏิกิริยาเพื่อเติบโตเวเฟอร์ epitaxial สองในเตาเดี่ยวและก๊าซกระบวนการบนและล่างสามารถควบคุมได้โดยมีความแตกต่างของอุณหภูมิ≤5° Cชิ้นส่วน Halfmoon Soating Sic. เรากำลังจัดหาชิ้นส่วน Halfmoon 6 นิ้วและ 8 นิ้วให้กับผู้ใช้

ระบบ CVD ของดาวเคราะห์อุ่น ๆ ที่มีการจัดเรียงดาวเคราะห์ของฐานนั้นโดดเด่นด้วยการเติบโตของเวเฟอร์หลายแห่งในเตาหลอมเดี่ยวและประสิทธิภาพการส่งออกสูง รุ่นตัวแทนคือ AIXG5WWC (8x150 มม.) และ G10-SIC (9 × 150 มม. หรือ 6 × 200 มม.) อุปกรณ์ epitaxial ซีรีส์ของ Aixtron ของเยอรมนี

ตามรายงานอย่างเป็นทางการของ Aixtron ผลิตภัณฑ์เวเฟอร์ epitaxial ขนาด 4H-SIC ขนาด 6 นิ้วที่มีความหนา10μMที่ผลิตโดยเตา epitaxial G10 สามารถทำให้เกิดตัวบ่งชี้ต่อไปนี้ได้อย่างเสถียร ความเข้มข้นไม่สม่ำเสมอ <2%

ถึงตอนนี้โมเดลประเภทนี้ไม่ค่อยใช้โดยผู้ใช้ในประเทศและข้อมูลการผลิตแบทช์นั้นไม่เพียงพอซึ่งในระดับหนึ่ง จำกัด แอปพลิเคชันทางวิศวกรรม นอกจากนี้เนื่องจากอุปสรรคทางเทคนิคที่สูงของเตาหลอม epitaxial แบบหลายอุณหภูมิในแง่ของสนามอุณหภูมิและการควบคุมสนามการไหลการพัฒนาของอุปกรณ์ในประเทศที่คล้ายกันยังคงอยู่ในขั้นตอนการวิจัยและการพัฒนาและไม่มีแบบจำลองทางเลือกในขณะเดียวกันเราสามารถจัดหาจุดไวต่อดาวเคราะห์ Aixtron เช่น 6 นิ้วและ 8 นิ้ว

ระบบ CVD แนวตั้งแบบกึ่งร้อนแรงในแนวตั้งส่วนใหญ่หมุนด้วยความเร็วสูงผ่านความช่วยเหลือทางกลภายนอก ลักษณะของมันคือความหนาของชั้นความหนืดจะลดลงอย่างมีประสิทธิภาพโดยความดันห้องปฏิกิริยาที่ต่ำกว่าซึ่งจะเป็นการเพิ่มอัตราการเติบโตของ epitaxial ในเวลาเดียวกันห้องปฏิกิริยาของมันไม่มีผนังด้านบนซึ่งสามารถสะสมอนุภาค SIC ได้และไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะผลิตวัตถุที่ตกลงมา มันมีข้อได้เปรียบโดยธรรมชาติในการควบคุมข้อบกพร่อง โมเดลตัวแทนคือเตาหลอม epitaxial epitaxial epirevos6 และ epirevos8 ของ Nuflare ของญี่ปุ่น

จากข้อมูลของ Nuflare อัตราการเติบโตของอุปกรณ์ epirevos6 สามารถเข้าถึงได้มากกว่า50μm/h และความหนาแน่นของข้อบกพร่องของพื้นผิวของเวเฟอร์ epitaxial สามารถควบคุมได้ต่ำกว่า 0.1 ซม. -²; ในแง่ของการควบคุมความสม่ำเสมอวิศวกรของ Nuflare Yoshiaki Daigo รายงานผลการตรวจสอบความสม่ำเสมอภายในของเวเฟอร์ epitaxial หนาขนาด 6 นิ้วหนาขนาด10μmโดยใช้ epirevos6 และความหนาภายในของความเข้มข้นสูงกระบอกสูบบน.

ในปัจจุบันผู้ผลิตอุปกรณ์ในประเทศเช่น Core Third Generation และ JSG ได้ออกแบบและเปิดตัวอุปกรณ์ epitaxial ด้วยฟังก์ชั่นที่คล้ายกัน แต่ยังไม่ได้ใช้ในขนาดใหญ่

โดยทั่วไปอุปกรณ์สามประเภทมีลักษณะของตัวเองและครอบครองส่วนแบ่งการตลาดบางอย่างในความต้องการแอปพลิเคชันที่แตกต่างกัน:

โครงสร้าง CVD ในแนวนอนของผนังร้อนมีอัตราการเติบโตที่รวดเร็วเป็นพิเศษคุณภาพและความสม่ำเสมอการดำเนินงานและการบำรุงรักษาอุปกรณ์อย่างง่ายและการใช้งานการผลิตขนาดใหญ่ อย่างไรก็ตามเนื่องจากประเภทของเรือวาร์เดอร์เดี่ยวและการบำรุงรักษาบ่อยครั้งประสิทธิภาพการผลิตจึงต่ำ CVD ดาวเคราะห์ที่อบอุ่นโดยทั่วไปใช้ 6 (ชิ้นส่วน) × 100 มม. (4 นิ้ว) หรือ 8 (ชิ้นส่วน) × 150 มม. (6 นิ้ว) โครงสร้างถาดซึ่งปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตของอุปกรณ์อย่างมากในแง่ของกำลังการผลิต แต่มันยากที่จะควบคุมความสอดคล้องของหลายชิ้น CVD แนวตั้งแบบกึ่งร้อนแรงมีโครงสร้างที่ซับซ้อนและการควบคุมข้อบกพร่องด้านคุณภาพของการผลิตเวเฟอร์ epitaxial นั้นยอดเยี่ยมซึ่งต้องใช้การบำรุงรักษาอุปกรณ์ที่หลากหลายและประสบการณ์การใช้งาน

ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของอุตสาหกรรมอุปกรณ์ทั้งสามประเภทนี้จะได้รับการปรับปรุงและอัพเกรดในแง่ของโครงสร้างและการกำหนดค่าอุปกรณ์จะสมบูรณ์แบบมากขึ้นเรื่อย ๆ มีบทบาทสำคัญในการจับคู่ข้อกำหนดของเวเฟอร์ epitaxial ที่มีความหนาและข้อกำหนดที่แตกต่างกัน