เนื้อหาที่ได้รับการปรับปรุงและแปลแล้วบนอุปกรณ์การเจริญเติบโตของอีพิแอกเซียลของซิลิคอนคาร์ไบด์

พื้นผิวซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) มีข้อบกพร่องมากมายที่ทำให้ไม่สามารถดำเนินการโดยตรงได้ ในการสร้างชิปเวเฟอร์ จะต้องปลูกฟิล์มผลึกเดี่ยวที่เฉพาะเจาะจงบนซับสเตรต SiC ผ่านกระบวนการเอพิแทกเซียล ภาพยนตร์เรื่องนี้เรียกว่าชั้นเอพิแทกเซียล อุปกรณ์ SiC เกือบทั้งหมดใช้วัสดุอีพิเทกเซียล และวัสดุ SiC โฮโมอีพิแทกเซียลคุณภาพสูงเป็นรากฐานสำหรับการพัฒนาอุปกรณ์ SiC ประสิทธิภาพของวัสดุอีปิแอกเชียลจะกำหนดประสิทธิภาพของอุปกรณ์ SiC โดยตรง

อุปกรณ์ SiC กระแสสูงและความน่าเชื่อถือสูงกำหนดข้อกำหนดที่เข้มงวดเกี่ยวกับสัณฐานวิทยาของพื้นผิว ความหนาแน่นของข้อบกพร่อง ความสม่ำเสมอของสารต้องห้าม และความสม่ำเสมอของความหนาของเยื่อบุผิววัสดุ. การบรรลุ SiC epitaxy ที่มีขนาดใหญ่ มีความหนาแน่นต่ำ และความสม่ำเสมอสูง กลายเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการพัฒนาอุตสาหกรรม SiC

การผลิตเอพิแทกซี SiC คุณภาพสูงอาศัยกระบวนการและอุปกรณ์ขั้นสูง ปัจจุบันวิธีการที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการเจริญเติบโตของ SiC epitaxis คือการสะสมไอสารเคมี (CVD)CVD ให้การควบคุมที่แม่นยำสำหรับความหนาของฟิล์มเอพิแทกเซียลและความเข้มข้นของสารต้องห้าม ความหนาแน่นของข้อบกพร่องต่ำ อัตราการเติบโตปานกลาง และการควบคุมกระบวนการแบบอัตโนมัติ ทำให้เป็นเทคโนโลยีที่เชื่อถือได้สำหรับการใช้งานเชิงพาณิชย์ที่ประสบความสำเร็จ

เยื่อบุผิว SiC CVDโดยทั่วไปจะใช้อุปกรณ์ CVD ผนังร้อนหรือผนังอุ่น อุณหภูมิการเติบโตที่สูง (1500–1700°C) ช่วยให้มั่นใจได้ถึงความต่อเนื่องของรูปแบบผลึก 4H-SiC ขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์ระหว่างทิศทางการไหลของก๊าซและพื้นผิวของสารตั้งต้น ห้องปฏิกิริยาของระบบ CVD เหล่านี้สามารถแบ่งได้เป็นโครงสร้างแนวนอนและแนวตั้ง

คุณภาพของเตาเผาแบบ epitaxis ของ SiC ส่วนใหญ่จะตัดสินจาก 3 แง่มุม ได้แก่ ประสิทธิภาพการเจริญเติบโตของ epitaxis (รวมถึงความสม่ำเสมอของความหนา ความสม่ำเสมอของสารต้องห้าม อัตราข้อบกพร่อง และอัตราการเติบโต) ประสิทธิภาพอุณหภูมิของอุปกรณ์ (รวมถึงอัตราการทำความร้อน/ความเย็น อุณหภูมิสูงสุด และความสม่ำเสมอของอุณหภูมิ ) และความคุ้มค่า (รวมถึงราคาต่อหน่วยและกำลังการผลิต)

ความแตกต่างระหว่างเตาเร่งการเจริญเติบโตแบบ Epitaxis ของ SiC สามประเภท

1. ระบบ CVD แนวนอนแบบผนังร้อน:

-คุณสมบัติ:โดยทั่วไปมีระบบการเติบโตขนาดใหญ่แบบเวเฟอร์เดี่ยวที่ขับเคลื่อนโดยการหมุนลอยตัวของก๊าซ เพื่อให้ได้การวัดภายในเวเฟอร์ที่ยอดเยี่ยม

-โมเดลตัวแทน:Pe1O6 ของ LPE มีความสามารถในการโหลด/ขนถ่ายแผ่นเวเฟอร์อัตโนมัติที่อุณหภูมิ 900°C เป็นที่รู้จักในด้านอัตราการเติบโตที่สูง วงจรอีปิเทกเซียลที่สั้น และประสิทธิภาพภายในเวเฟอร์และการทำงานระหว่างรันที่สม่ำเสมอ

-ผลงาน:สำหรับเวเฟอร์ epitaxial 4H-SiC ขนาด 4-6 นิ้วที่มีความหนา ≤30μm จะได้ความหนาภายในเวเฟอร์ไม่สม่ำเสมอ ≤2%, ความเข้มข้นของสารโด๊ปไม่สม่ำเสมอ ≤5%, ความหนาแน่นของข้อบกพร่องที่พื้นผิว ≤1 ซม.-² และปราศจากข้อบกพร่อง พื้นที่ผิว (เซลล์ 2 มม. × 2 มม.) ≥90%

-ผู้ผลิตในประเทศ: บริษัทต่างๆ เช่น Jingsheng Mechatronics, CETC 48, North Huachuang และ Nasset Intelligent ได้พัฒนาอุปกรณ์ epitaxial SiC แบบเวเฟอร์เดี่ยวที่คล้ายกันพร้อมการขยายขนาดการผลิต

2. ระบบ CVD Planetary แบบผนังอุ่น:

-คุณสมบัติ:ใช้ฐานการจัดเรียงดาวเคราะห์สำหรับการเติบโตของหลายเวเฟอร์ต่อชุด ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพเอาต์พุตได้อย่างมาก

-โมเดลตัวแทน:ซีรีส์ AIXG5WWC (8x150 มม.) และ G10-SiC (9x150 มม. หรือ 6x200 มม.) ของ Aixtron

-ผลงาน:สำหรับเวเฟอร์ epitaxial 4H-SiC ขนาด 6 นิ้วที่มีความหนา ≤10μm จะได้ค่าเบี่ยงเบนความหนาของเวเฟอร์ระหว่าง ±2.5%, ความหนาภายในเวเฟอร์ไม่สม่ำเสมอ 2%, ค่าเบี่ยงเบนความเข้มข้นของสารกระตุ้นระหว่างเวเฟอร์ ±5% และการเติมสารต้องห้ามในเวเฟอร์ ความเข้มข้นไม่สม่ำเสมอ <2%

-ความท้าทาย:การนำไปใช้อย่างจำกัดในตลาดภายในประเทศ เนื่องจากขาดข้อมูลการผลิตเป็นชุด อุปสรรคทางเทคนิคในการควบคุมอุณหภูมิและการไหล และการวิจัยและพัฒนาอย่างต่อเนื่องโดยไม่มีการดำเนินการในวงกว้าง

3. ระบบ CVD แนวตั้งแบบผนังร้อนกึ่งร้อน:

- คุณสมบัติ:ใช้ความช่วยเหลือทางกลภายนอกสำหรับการหมุนซับสเตรตด้วยความเร็วสูง ช่วยลดความหนาของชั้นขอบเขต และปรับปรุงอัตราการเติบโตของเยื่อบุผิว พร้อมข้อได้เปรียบโดยธรรมชาติในการควบคุมข้อบกพร่อง

- โมเดลตัวแทน:EPIREVOS6 และ EPIREVOS8 เวเฟอร์เดี่ยวของ Nuflare

-ผลงาน:มีอัตราการเติบโตมากกว่า 50μm/ชม. การควบคุมความหนาแน่นของข้อบกพร่องที่พื้นผิวต่ำกว่า 0.1 ซม.-² และความหนาภายในแผ่นเวเฟอร์และความเข้มข้นของสารโด๊ปมีความไม่สม่ำเสมอที่ 1% และ 2.6% ตามลำดับ

-การพัฒนาภายในประเทศ:บริษัทอย่าง Xingsandai และ Jingsheng Mechatronics ได้ออกแบบอุปกรณ์ที่คล้ายกันแต่ยังไม่ประสบความสำเร็จในการใช้งานในวงกว้าง

สรุป

โครงสร้างแต่ละประเภทจากทั้งหมดสามประเภทของอุปกรณ์การเจริญเติบโตแบบ epitaxial ของ SiC มีลักษณะเฉพาะที่แตกต่างกันและครอบครองกลุ่มตลาดเฉพาะตามความต้องการในการใช้งาน CVD แนวนอนผนังร้อนมีอัตราการเติบโตที่รวดเร็วเป็นพิเศษ รวมถึงคุณภาพและความสม่ำเสมอที่สมดุล แต่มีประสิทธิภาพการผลิตต่ำกว่าเนื่องจากการประมวลผลแบบเวเฟอร์เดี่ยว CVD ดาวเคราะห์ผนังอุ่นช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตได้อย่างมาก แต่เผชิญกับความท้าทายในการควบคุมความสม่ำเสมอของหลายเวเฟอร์ CVD แนวตั้งผนังร้อนเสมือนเป็นเลิศในการควบคุมข้อบกพร่องด้วยโครงสร้างที่ซับซ้อน และต้องการการบำรุงรักษาและประสบการณ์การปฏิบัติงานที่ครอบคลุม

ในขณะที่อุตสาหกรรมมีการพัฒนา การเพิ่มประสิทธิภาพซ้ำและการอัพเกรดในโครงสร้างอุปกรณ์เหล่านี้จะนำไปสู่การกำหนดค่าที่ได้รับการปรับปรุงมากขึ้น โดยมีบทบาทสำคัญในการตอบสนองข้อกำหนดเฉพาะของเวเฟอร์ epitaxis ที่หลากหลายสำหรับข้อกำหนดด้านความหนาและข้อบกพร่อง

ข้อดีและข้อเสียของเตาเร่งการเจริญเติบโตแบบอีปิแอกเชียล SiC ต่างๆ

ด้วยการพัฒนาอุตสาหกรรมอย่างต่อเนื่อง อุปกรณ์ทั้งสามประเภทนี้จะได้รับการเพิ่มประสิทธิภาพและอัปเกรดโครงสร้างซ้ำๆ ซึ่งนำไปสู่การกำหนดค่าที่ได้รับการปรับปรุงมากขึ้น ซึ่งตรงกับข้อกำหนดเฉพาะของเวเฟอร์ epitaxis ต่างๆ สำหรับข้อกำหนดด้านความหนาและข้อบกพร่อง