תוכן אופטימלי ומתורגם על ציוד לגידול אפיטקסיאלי של סיליקון קרביד

למצעי סיליקון קרביד (SiC) יש פגמים רבים המונעים עיבוד ישיר. כדי ליצור פרוסות שבבים, יש לגדל סרט חד-גביש ספציפי על מצע ה- SiC באמצעות תהליך אפיטקסיאלי. סרט זה ידוע בשם השכבה האפיטקסיאלית. כמעט כל מכשירי ה-SiC מיוצרים על חומרים אפיטקסיאליים, וחומרי SiC הומי-איכותיים מהווים את הבסיס לפיתוח מכשירי SiC. הביצועים של חומרים אפיטקסיאליים קובעים ישירות את הביצועים של התקני SiC.

מכשירי SiC בעלי זרם גבוה ואמינות גבוהה מטילים דרישות מחמירות למורפולוגיה של פני השטח, צפיפות הפגם, אחידות הסימום ואחידות העובי שלאפיטקסיאליחומרים. השגת אפיטקסיית SiC בגודל גדול, צפיפות פגמים נמוכה ואחידות גבוהה הפכה קריטית לפיתוח תעשיית ה-SiC.

ייצור אפיטקסי SiC באיכות גבוהה מסתמך על תהליכים וציוד מתקדמים. נכון לעכשיו, השיטה הנפוצה ביותר לצמיחה אפיטקסיאלית SiC היאשקיעת אדים כימית (CVD).CVD מציע שליטה מדויקת על עובי הסרט האפיטקסיאלי וריכוז הסימום, צפיפות פגמים נמוכה, קצב צמיחה מתון ובקרת תהליכים אוטומטית, מה שהופך אותה לטכנולוגיה אמינה ליישומים מסחריים מוצלחים.

אפיטקסיה של SiC CVDבדרך כלל מעסיק ציוד CVD עם קיר חם או קיר חם. טמפרטורות צמיחה גבוהות (1500-1700 מעלות צלזיוס) מבטיחות את המשך הצורה הגבישית 4H-SiC. בהתבסס על הקשר בין כיוון זרימת הגז למשטח המצע, ניתן לסווג את תאי התגובה של מערכות CVD אלה למבנים אופקיים ואנכיים.

איכותם של תנורי אפיטקסיאליים של SiC נשפטת בעיקר בשלושה היבטים: ביצועי גידול אפיטקסיאליים (כולל אחידות עובי, אחידות סימום, קצב פגמים וקצב צמיחה), ביצועי הטמפרטורה של הציוד (כולל קצבי חימום/קירור, טמפרטורה מקסימלית ואחידות טמפרטורה ), וחסכוניות (כולל מחיר יחידה וכושר ייצור).

הבדלים בין שלושה סוגים של תנורי צמיחה אפיטקסיאליים SiC

1. מערכות CVD אופקי עם קיר חם:

-תכונות:כוללות בדרך כלל מערכות גידול בגודל גדול של רקיק בודד המונעות על ידי סיבוב ציפה של גז, ומשיגות מדדים מעולים בתוך רקיק.

-מודל ייצוגי:Pe1O6 של LPE, המסוגל לטעון/פריקה אוטומטית של פרוסות ב-900 מעלות צלזיוס. ידוע בקצבי גדילה גבוהים, מחזורים אפיטקסיאליים קצרים וביצועים עקביים תוך-וואפר ובין-ריצות.

-ביצועים:עבור פרוסות אפיטקסיאליות בגודל 4-6 אינץ' 4H-SiC עם עובי ≤30μm, הוא משיג אי אחידות בעובי תוך פרוסות ≤2%, אי אחידות ריכוז סימום ≤5%, צפיפות פגמים פני השטח ≤1 ס"מ-² וללא פגמים שטח פנים (תאים של 2 מ"מ × 2 מ"מ) ≥90%.

-יצרנים מקומיים: חברות כמו Jingsheng Mechatronics, CETC 48, North Huachuang ו- Nasset Intelligent פיתחו ציוד אפיטקסיאלי דומה של רקיק בודד עם ייצור מוגדל.

2. מערכות CVD פלנטריות עם קיר חם:

-תכונות:השתמש בבסיסי סידור פלנטריים לגידול מרובה פרוסות בכל אצווה, שיפור משמעותי ביעילות התפוקה.

-דגמים מייצגים:סדרת AIXG5WWC (8x150 מ"מ) ו-G10-SiC (9x150 מ"מ או 6x200 מ"מ) של Aixtron.

-ביצועים:עבור פרוסות אפיטקסיאליות בגודל 6 אינץ' 4H-SiC עם עובי ≤10 מיקרומטר, הוא משיג סטיית עובי בין פרוסות של ±2.5%, אי אחידות בעובי תוך פרוסות 2%, סטיית ריכוז סימום בין פרוסות ±5% וסימום תוך פרוס. אי אחידות בריכוז <2%.

-אתגרים:אימוץ מוגבל בשווקים המקומיים עקב היעדר נתוני ייצור אצווה, מחסומים טכניים בבקרת שדה טמפרטורה וזרימה, ומו"פ מתמשך ללא יישום בקנה מידה גדול.

3. מערכות CVD אנכיות דמויות חומות חמות:

- תכונות:השתמש בסיוע מכאני חיצוני לסיבוב מצע במהירות גבוהה, הפחתת עובי שכבת הגבול ושיפור קצב הצמיחה האפיטקסיאלי, עם יתרונות מובנים בבקרת פגמים.

- דגמים מייצגים:EPIREVOS6 ו-EPIREVOS8 של Nuflare עם רקיק בודד.

-ביצועים:משיג קצבי גדילה של מעל 50 מיקרומטר לשעה, בקרת צפיפות פגמי פני השטח מתחת ל-0.1 ס"מ-², ואי אחידות של 1% ו-2.6% בעובי פרוסות תוך-וופר ואי אחידות בריכוז הסימום.

-פיתוח מקומי:חברות כמו Xingsandai ו-Jingsheng Mechatronics תכננו ציוד דומה אך לא השיגו שימוש בקנה מידה גדול.

תַקצִיר

לכל אחד משלושת הסוגים המבניים של ציוד גידול אפיטקסיאלי SiC יש מאפיינים ברורים והוא תופס פלחי שוק ספציפיים בהתבסס על דרישות היישום. CVD אופקי עם קיר חם מציע קצבי צמיחה מהירים במיוחד ואיכות ואחידות מאוזנת, אך יש לו יעילות ייצור נמוכה יותר עקב עיבוד רקיק בודד. CVD פלנטרי חומה חמה משפרת משמעותית את יעילות הייצור, אך עומדת בפני אתגרים בבקרת עקביות מרובה פרוסות. CVD אנכי מסוג קירות חמים מצטיין בבקרת פגמים עם מבנה מורכב ודורש ניסיון תחזוקה ותפעולי רב.

ככל שהתעשייה מתפתחת, אופטימיזציה ושדרוגים איטרטיביים במבני ציוד אלו יובילו לתצורות מעודנות יותר ויותר, שימלאו תפקידים מכריעים בעמידה במפרטי פרוסות אפיטקסיות מגוונות עבור דרישות עובי ופגמים.

יתרונות וחסרונות של תנורי גידול אפיטקסיאליים SiC שונים

עם פיתוח מתמשך בתעשייה, שלושת סוגי הציוד הללו יעברו אופטימיזציה ושדרוגים מבניים איטרטיביים, שיובילו לתצורות מעודנות יותר ויותר התואמות למפרטי רקיק אפיטקסיאליים שונים עבור דרישות עובי ופגמים.