Siliconcarbide (SiC) -substraten zijn inherent defect en kunnen niet rechtstreeks worden verwerkt.Ze vereisen de groei van specifieke dunne enkelkristallenfilms door middel van een epitaxiaal proces om chipwafers te produceren.Bijna alle SiC-apparaten zijn vervaardigd op epitaxiale materialen.En de kwaliteit van het SiC homoepitaxiale materiaal is fundamenteel voor de ontwikkeling van SiC apparaten.De prestaties van het epitaxiale materiaal bepalen rechtstreeks de bereikbare prestaties van SiC-apparaten.

Voor SiC-apparaten met hoge stroom en hoge betrouwbaarheid moeten de epitaxiale materialen voldoen aan strengere eisen met betrekking tot de oppervlaktemorfologie, de defectdichtheid, de dopinguniformiteit,en dikte-eenvormigheidDe grote grootte, de lage defectdichtheid en de hoge uniformiteit van de SiC-epitaxie zijn belangrijke uitdagingen geworden voor de groei van de SiC-industrie.

Het bereiken van een hoge kwaliteitSiC-epitaxieDe meest gebruikte methode voor de epitaxiale groei van SiC is chemische dampdepositie (CVD), een techniek die een nauwkeurige controle van de filmdikte mogelijk maakt,dopingconcentratieCVD is succesvol gecommercialiseerd en is een betrouwbare technologie geworden voor de productie van SiC-apparaten.

CVD-epitaxie van SiC: warmwand-systemen versus warmwandsystemen

De SiC-CVD-epitaxie wordt meestal uitgevoerd met behulp vanHot-wallofwarmwandDeze systemen werken bij hoge groeitemperaturen (1500~1700°C) om de continuïteit van de 4H-SiC-kristallenstructuur te waarborgen.CVD-systemen zijn ontwikkeld met horizontale of verticale reactiecamerontwerpen, afhankelijk van de richting van de inkomende gasstroom ten opzichte van het substraatoppervlak.

De kwaliteit van SiC-epitaxiale reactoren wordt gemeten aan de hand van drie hoofdindicatoren:

1. Epitaxiale groeiprestaties: omvat dikte-uniformiteit, doping-uniformiteit, defectdichtheid en groeipercentage.

2. Temperatuurprestaties: Omvat de verwarmings-/koelingspercentages, de maximale temperatuur en de temperatuuruniformiteit.

3. Kosten-efficiëntie: Inclusief eenheidsprijs en productiecapaciteit.

Vergelijking van de drie belangrijkste SiC-epitaxiale groeireactoren

Drie soorten SiC-epitaxiale reactoren zijn commercieel ingezet:Hot-wall horizontale CVD,Planetaire CVD, enVerticale CVD met bijna-warmwand. Elk heeft zijn eigen kenmerken, waardoor het geschikt is voor specifieke toepassingen.

1. Hotwall horizontale CVD-systemen:
   Dit systeem maakt doorgaans gebruik van een met gas aangedreven groeiproces voor een enkele wafer, geschikt voor wafers met een grote diameter.LPE Pe1O6Het systeem uit Italië is een representatief model. Dit systeem kan hoge groeipercentages, korte epitaxiale cycli en uitstekende consistentie tussen wafers bereiken.Jing Sheng Mechanical & Electrical,CETC 48,Noord-Huachuang, enNASEhebben soortgelijke systemen ontwikkeld.

   Prestatiemeters(zoals gemeld door LPE):

   • Eenvormigheid van de dikte over de wafel ≤ 2%

   • Uniformiteit van dopingconcentratie ≤ 5%

   • Densiteit van oppervlaktefouten ≤ 1 cm2

   • Defectvrije oppervlakte (2 mm x 2 mm eenheid) ≥ 90%

   In februari 2023,Jing Sheng Mechanical & ElectricalDe Commissie heeft een6-inch dubbel-wafer SiC epitaxy systeem, waardoor de beperkingen van eenvoudige wafersystemen worden overwonnen door twee wafers per kamer te laten groeien met onafhankelijke gasregeling voor elke laag, waardoor temperatuurverschillen tot minder dan 5°C worden verminderd.

2. Planetaire CVD-systemen met warmwand:
   Deze systemen zijn voorzien van een planetaire basis, waardoor meerdere wafers tegelijkertijd kunnen worden gegroeid, waardoor de productie-efficiëntie aanzienlijk wordt verbeterd.Aixtron AIXG5WWCmet een diameter van niet meer dan 10 mm,G10-SiCreeks vanAixtron(Duitsland).

   Prestatiemeters(zoals gemeld door Aixtron):

   • Afwijking van de dikte tussen de wafers ± 2,5%

   • Eenvormigheid van de dikte ≤ 2%

   • Afwijking van de dopingconcentratie tussen wafers ± 5%

   • Dopingconcentratie-eenvormigheid < 2%

   Dit systeem wordt echter minder vaak gebruikt in China, omdat er onvoldoende gegevens over de productie van partijen zijn en er hoge technische belemmeringen zijn voor temperatuur- en doorstromingstests.De binnenlandse ontwikkeling bevindt zich nog steeds in de fase van O&O, en er is geen direct alternatief ontwikkeld.

3. Verticale CVD-systemen met bijna-warmwand:
   Deze systemen maken gebruik van een snel draaiend substraat met externe mechanische hulp.het verhogen van de groeicijfersDe afwezigheid van een bovenste wand in de reactiecamer beperkt de afzetting van SiC-deeltjes tot een minimum, waardoor de foutbestrijding wordt verbeterd.EPIREVOS6enEPIREVOS8vanNuflare(Japan) zijn representatieve modellen.

   Prestatiemeters(zoals gerapporteerd door Nuflare):

   • Groei snelheid hoger dan 50 μm/h

   • Gecontroleerde oppervlakte-defectdichtheid onder 0,1 cm2

   • Eenvormige dikte en dopingconcentratie binnen 1% en 2,6% respectievelijk

   Hoewel deze technologie uitstekende resultaten heeft opgeleverd, is deze nog niet op grote schaal toegepast in China en blijft het gebruik op grote schaal beperkt.Xin San DaienJing Sheng Mechanical & ElectricalDe Commissie heeft in de afgelopen jaren soortgelijke systemen ontworpen, maar de technologie wordt nog steeds geëvalueerd.

Samenvatting van reactortypen en hun toepassingen

De drie reactorstructuren hebben elk hun sterke en beperkte punten en voldoen aan specifieke marktvragen:

• Hot-wall horizontale CVDHet is bekend om zijn snelle groeipercentages, uitstekende kwaliteit en uniformiteit.maar de efficiëntie kan beperkt zijn door de werking van een enkele wafer en het frequente onderhoud.

• Planetaire CVD: Ondersteunt de groei van meerdere wafers in één enkele kamer, waardoor de productie-efficiëntie toeneemt, maar de controle van de uniformiteit tussen meerdere wafers blijft een uitdaging, wat van invloed is op de algemene opbrengst.

• Verticale CVD met bijna-warmwand: Kenmerkt zich door een uitstekende gebrekbeheersing en hoge groeipercentages, maar zijn complexe structuur vereist geavanceerd onderhoud en operationele deskundigheid, waardoor de wijdverspreide toepassing ervan beperkt is.

In het kader van het onderzoek van de resultaten van de onderzoeksprocedure is de Commissie van oordeel dat de in het onderzoek vervatte resultaten van de onderzoeksprocedure een belangrijke bijdrage leveren aan de ontwikkeling van de nieuwe technologie.en specifieke prestatievereistenNaarmate de SiC-industrie zich ontwikkelt, zullen de vooruitgang in de epitaxiale technologie de toekomst van hoogwaardige SiC-apparaten blijven bepalen.