Diferentes rutas técnicas del horno de crecimiento epitaxial de SiC.

Los sustratos de carburo de silicio tienen muchos defectos y no pueden procesarse directamente. Es necesario hacer crecer sobre ellos una película delgada de un solo cristal específica mediante un proceso epitaxial para producir obleas de chips. Esta fina película es la capa epitaxial. Casi todos los dispositivos de carburo de silicio se fabrican con materiales epitaxiales. Los materiales epitaxiales homogéneos de carburo de silicio de alta calidad son la base para el desarrollo de dispositivos de carburo de silicio. El rendimiento de los materiales epitaxiales determina directamente el rendimiento de los dispositivos de carburo de silicio.

Los dispositivos de carburo de silicio de alta corriente y alta confiabilidad han impuesto requisitos más estrictos sobre la morfología de la superficie, la densidad de defectos, el dopaje y la uniformidad del espesor de los materiales epitaxiales. Tamaño grande, baja densidad de defectos y alta uniformidadepitaxia de carburo de siliciose ha convertido en la clave para el desarrollo de la industria del carburo de silicio.

La preparación de alta calidad.epitaxia de carburo de siliciorequiere procesos y equipos avanzados. El método de crecimiento epitaxial de carburo de silicio más utilizado es la deposición química de vapor (CVD), que tiene las ventajas de un control preciso del espesor de la película epitaxial y la concentración de dopaje, menos defectos, una tasa de crecimiento moderada y un control automático del proceso. Es una tecnología confiable que se ha comercializado con éxito.

La epitaxia CVD de carburo de silicio generalmente utiliza equipos CVD de pared caliente o de pared cálida, lo que garantiza la continuación de la capa epitaxial de cristal 4H SiC en condiciones de temperatura de crecimiento más altas (1500-1700 ℃). Después de años de desarrollo, el CVD de pared caliente o pared caliente se puede dividir en reactores de estructura horizontal horizontal y reactores de estructura vertical vertical según la relación entre la dirección del flujo de gas de entrada y la superficie del sustrato.

La calidad del horno epitaxial de carburo de silicio tiene principalmente tres indicadores. El primero es el rendimiento del crecimiento epitaxial, incluida la uniformidad del espesor, la uniformidad del dopaje, la tasa de defectos y la tasa de crecimiento; el segundo es el rendimiento de temperatura del propio equipo, incluida la velocidad de calentamiento/enfriamiento, la temperatura máxima y la uniformidad de la temperatura; y finalmente la rentabilidad del propio equipo, incluido el precio unitario y la capacidad de producción.

Diferencias entre tres tipos de hornos de crecimiento epitaxial de carburo de silicio

El CVD horizontal de pared caliente, el CVD planetario de pared caliente y el CVD vertical de pared casi caliente son las principales soluciones tecnológicas de equipos epitaxiales que se han aplicado comercialmente en esta etapa. Los tres equipamientos técnicos también tienen características propias y pueden seleccionarse según las necesidades. El diagrama de estructura se muestra en la siguiente figura:

El sistema CVD horizontal de pared caliente es generalmente un sistema de crecimiento de gran tamaño de una sola oblea impulsado por flotación de aire y rotación. Es fácil lograr buenos indicadores en la oblea. El modelo representativo es Pe1O6 de la empresa LPE en Italia. Esta máquina puede realizar la carga y descarga automática de obleas a 900 ℃. Las características principales son una alta tasa de crecimiento, un ciclo epitaxial corto, buena consistencia dentro de la oblea y entre hornos, etc. Tiene la mayor participación de mercado en China.

Según los informes oficiales de LPE, combinados con el uso de los principales usuarios, los productos de oblea epitaxial 4H-SiC de 100-150 mm (4-6 pulgadas) con un espesor inferior a 30 μm producidos por el horno epitaxial Pe1O6 pueden alcanzar de manera estable los siguientes indicadores: falta de uniformidad del espesor epitaxial intra-oblea ≤2%, falta de uniformidad de la concentración de dopaje intra-oblea ≤5%, densidad de defectos de superficie ≤1 cm-2, área libre de defectos de superficie (celda unitaria de 2 mm × 2 mm) ≥90 %.

Empresas nacionales como JSG, CETC 48, NAURA y NASO han desarrollado equipos epitaxiales monolíticos de carburo de silicio con funciones similares y han logrado envíos a gran escala. Por ejemplo, en febrero de 2023, JSG lanzó un equipo epitaxial de SiC de doble oblea de 6 pulgadas. El equipo utiliza las capas superior e inferior de las capas superior e inferior de las partes de grafito de la cámara de reacción para hacer crecer dos obleas epitaxiales en un solo horno, y los gases de proceso superior e inferior se pueden regular por separado, con una diferencia de temperatura de ≤ 5°C, lo que compensa efectivamente la desventaja de la capacidad de producción insuficiente de los hornos epitaxiales horizontales monolíticos. La pieza de repuesto clave esPiezas de media luna con revestimiento de SiC.Estamos suministrando piezas de media luna de 6 y 8 pulgadas a los usuarios.

El sistema CVD planetario de pared cálida, con una disposición planetaria de la base, se caracteriza por el crecimiento de múltiples obleas en un solo horno y una alta eficiencia de producción. Los modelos representativos son los equipos epitaxiales de las series AIXG5WWC (8X150 mm) y G10-SiC (9×150 mm o 6×200 mm) de Aixtron de Alemania.

Según el informe oficial de Aixtron, los productos de oblea epitaxial 4H-SiC de 6 pulgadas con un espesor de 10 μm producidos por el horno epitaxial G10 pueden alcanzar de manera estable los siguientes indicadores: desviación del espesor epitaxial entre obleas de ±2,5 %, espesor epitaxial intra-oblea falta de uniformidad del 2%, desviación de la concentración de dopaje entre obleas de ±5%, falta de uniformidad de la concentración de dopaje dentro de la oblea <2%.

Hasta ahora, los usuarios domésticos rara vez utilizan este tipo de modelo y los datos de producción por lotes son insuficientes, lo que hasta cierto punto restringe su aplicación de ingeniería. Además, debido a las altas barreras técnicas de los hornos epitaxiales de múltiples obleas en términos de campo de temperatura y control de campo de flujo, el desarrollo de equipos domésticos similares aún se encuentra en la etapa de investigación y desarrollo, y no existe un modelo alternativo. , podemos proporcionar susceptores planetarios Aixtron como 6 y 8 pulgadas con revestimiento de TaC o revestimiento de SiC.

El sistema CVD vertical de pared casi caliente gira principalmente a alta velocidad mediante asistencia mecánica externa. Su característica es que el espesor de la capa viscosa se reduce efectivamente mediante una menor presión en la cámara de reacción, aumentando así la tasa de crecimiento epitaxial. Al mismo tiempo, su cámara de reacción no tiene una pared superior sobre la que se puedan depositar partículas de SiC, y no es fácil que caigan objetos. Tiene una ventaja inherente en el control de defectos. Los modelos representativos son los hornos epitaxiales de oblea única EPIREVOS6 y EPIREVOS8 de la japonesa Nuflare.

Según Nuflare, la tasa de crecimiento del dispositivo EPIREVOS6 puede alcanzar más de 50 μm/h, y la densidad de defectos superficiales de la oblea epitaxial se puede controlar por debajo de 0,1 cm-²; En términos de control de uniformidad, el ingeniero de Nuflare, Yoshiaki Daigo, informó los resultados de uniformidad intra-oblea de una oblea epitaxial de 10 μm de espesor y 6 pulgadas cultivada con EPIREVOS6, y la no uniformidad del espesor intra-oblea y la concentración de dopaje alcanzaron el 1 % y el 2,6 % respectivamente. Ofrecemos piezas de grafito de alta pureza recubiertas de SiC comoCilindro de grafito superior.

En la actualidad, fabricantes de equipos nacionales como Core Third Generation y JSG han diseñado y lanzado equipos epitaxiales con funciones similares, pero no se han utilizado a gran escala.

En general, los tres tipos de equipos tienen características propias y ocupan una determinada cuota de mercado en diferentes necesidades de aplicación:

La estructura CVD horizontal de pared caliente presenta una tasa de crecimiento ultrarrápida, calidad y uniformidad, operación y mantenimiento de equipos simples y aplicaciones maduras de producción a gran escala. Sin embargo, debido al tipo de oblea única y al mantenimiento frecuente, la eficiencia de producción es baja; El CVD planetario de pared cálida generalmente adopta una estructura de bandeja de 6 (piezas) × 100 mm (4 pulgadas) u 8 (piezas) × 150 mm (6 pulgadas), lo que mejora en gran medida la eficiencia de producción del equipo en términos de capacidad de producción, pero es difícil controlar la consistencia de varias piezas y el rendimiento de la producción sigue siendo el mayor problema; El CVD vertical de pared casi caliente tiene una estructura compleja y el control de defectos de calidad de la producción de obleas epitaxiales es excelente, lo que requiere una experiencia de uso y mantenimiento de equipos extremadamente rica.

Con el desarrollo continuo de la industria, estos tres tipos de equipos se optimizarán y actualizarán iterativamente en términos de estructura, y la configuración del equipo será cada vez más perfecta, desempeñando un papel importante para cumplir con las especificaciones de las obleas epitaxiales con diferentes espesores y requisitos de defectos.