Siliziumcarbid (SiC) Substrate sind von Natur aus defekt und können nicht direkt verarbeitet werden.Sie erfordern das Wachstum spezifischer einkristalliner dünne Folien durch einen epitaxialen Prozess zur Herstellung von ChipscheibenDiese Schicht von dünnem Film wird als Epitaxialschicht bezeichnet. Fast alle SiC-Geräte werden auf epitaxialen Materialien hergestellt,und die Qualität des SiC-Homoepitaxialmaterials ist für die Entwicklung von SiC-Geräten von grundlegender Bedeutung.Die Leistung des epitaxialen Materials bestimmt unmittelbar die erreichbare Leistung von SiC-Geräten.

Bei hochströmenden und zuverlässigen SiC-Geräten müssen die epitaxialen Materialien strengere Anforderungen an die Oberflächenmorphologie, die Defektdichte, die Doping-Einheitlichkeit,und DickengleichheitDie große Größe, die geringe Defektdichte und die hohe Einheitlichkeit der SiC-Epitaxie sind zu wichtigen Herausforderungen für das Wachstum der SiC-Industrie geworden.

Erreichung einer hohen QualitätSiC-EpitaxieDie am häufigsten verwendete Methode für das epitaxiale Wachstum von SiC ist die chemische Dampfdeposition (CVD), eine Technik, die eine präzise Kontrolle der Filmdicke ermöglicht,DopingkonzentrationCVD wurde erfolgreich kommerzialisiert und ist zu einer zuverlässigen Technologie für die Herstellung von SiC-Geräten geworden.

CVD-Epitaxie von SiC: Warmwall-Systeme gegen Warmwall-Systeme

Die SiC-CVD-Epitaxie wird in der Regel unter Verwendung vonHot-WalloderWarmwandDiese Systeme arbeiten bei hohen Wachstumstemperaturen (1500~1700°C), um die Kontinuität der 4H-SiC-Kristallstruktur zu gewährleisten.CVD-Systeme wurden mit horizontalen oder vertikalen Reaktionskammerkonstruktionen entwickelt, abhängig von der Richtung des eingehenden Gasstroms gegenüber der Substratoberfläche.

Die Qualität von SiC-Epitaxialreaktoren wird anhand von drei Hauptindikatoren gemessen:

1. Epitaxialer Wachstumserfolg: beinhaltet Dickeuniformität, Dopinguniformität, Defektdichte und Wachstumsrate.

2. Temperaturleistung: beinhaltet die Heiz-/Kühlraten, die Höchsttemperatur und die Temperaturgleichheit.

3. Kostenwirksamkeit: Einschließlich Stückpreis und Produktionskapazität.

Vergleich der drei wichtigsten SiC-Epitaxialwachstumsreaktoren

Es wurden drei Arten von SiC-Epitaxialreaktoren kommerziell eingesetzt:Horizontale Herz-Kreislauf-Krankheit,Planetarische Herz-Kreislauf-Erkrankungen mit Warmwand, undCVD-Vertikal mit nahezu heißer WandJeder hat seine eigenen Eigenschaften, die ihn für spezifische Anwendungen geeignet machen.

1. Horizontale CVD-Systeme mit Heißwand:
   Das System verwendet typischerweise einen gasgeschalteten Wachstumsprozess, der für Wafer mit großem Durchmesser geeignet ist.LPE Pe1O6Das System aus Italien ist ein repräsentatives Modell. Dieses System kann hohe Wachstumsraten, kurze Epitaxialzyklen und eine hervorragende Konsistenz über Wafer hinweg erzielen.Jing Sheng Mechanik und Elektrotechnik,CETC 48,Nord-Huachuang, undNASEähnliche Systeme entwickelt haben.

   Leistungsindikatoren(wie von LPE berichtet):

   • Stärkeuniformität über die Wafer ≤ 2%

   • Dopingkonzentrationsgleichheit ≤ 5%

   • Oberflächendefektdichte ≤ 1 cm2

   • Fehlerfreie Oberfläche (2mm x 2mm Einheit) ≥ 90%

   Im Februar 2023,Jing Sheng Mechanik und ElektrotechnikDie Kommission hat eine6-Zoll-Doppel-Wafer-SiC-Epitaxisystem, wodurch die Einschränkungen von Ein-Wafer-Systemen überwunden werden, indem zwei Wafer pro Kammer mit unabhängiger Gasregelung für jede Schicht angebaut werden können, wodurch Temperaturunterschiede auf unter 5 °C reduziert werden.

2. Planeten-CVD-Systeme mit Warmwand:
   Diese Systeme verfügen über eine planetarische Grundanordnung, die es ermöglicht, mehrere Wafer gleichzeitig zu wachsen, wodurch die Produktionseffizienz erheblich verbessert wird.Einheitliche Prüfungenmit einer Breite von mehr als 10 mm,G10-SiCReihe vonAixtron(Deutschland).

   Leistungsindikatoren(wie von Aixtron berichtet):

   • Abweichung der Dicke zwischen den Wafern ± 2,5%

   • Einheitlichkeit der Dicke ≤ 2%

   • Abweichung der Dopingkonzentration zwischen Wafern ± 5%

   • Dopingkonzentrationsgleichheit < 2%

   Dieses System wird jedoch in China seltener eingesetzt, da die Daten zur Chargenproduktion unzureichend sind und hohe technische Hindernisse bei der Temperatur- und Durchflussregelung bestehen.Die inländische Entwicklung befindet sich noch in der FuE-Phase, und es wurde keine direkte Alternative entwickelt.

3. Vertikale CVD-Systeme mit nahezu heißer Wand:
   Diese Systeme verwenden ein mit äußerer mechanischer Unterstützung schneller rotierendes Substrat, das unter niedrigerem Kammerdruck arbeitet, wodurch die Viskositätsschicht reduziert wird.damit die Wachstumsraten steigenDie Abwesenheit einer oberen Wand in der Reaktionskammer minimiert die SiC-Partikelablagerung und verbessert die Fehlerkontrolle.EPIREVOS6undEPIREVOS8vonNeuflare(Japan) sind repräsentative Modelle.

   Leistungsindikatoren(wie von Nuflare berichtet):

   • Wachstumsrate über 50 μm/h

   • Oberflächenfehlerdichte unter 0,1 cm2 kontrolliert

   • Stärke und Dopingkonzentrationsgleichheit innerhalb von 1% bzw. 2,6%

   Obwohl diese Technologie ausgezeichnete Ergebnisse gezeigt hat, ist sie in China noch nicht weit verbreitet, und der Einsatz in großem Umfang ist nach wie vor begrenzt.Xin San DaiundJing Sheng Mechanik und ElektrotechnikSie haben ähnliche Systeme entwickelt, aber die Technologie wird noch ausgewertet.

Zusammenfassung der Reaktortypen und ihrer Anwendungen

Die drei Reaktorstrukturen haben jeweils ihre Stärken und Grenzen und erfüllen spezifische Marktanforderungen:

• Horizontale Herz-Kreislauf-Krankheit: Bekannt für schnelle Wachstumsraten, ausgezeichnete Qualität und Einheitlichkeit.Aber die Effizienz kann aufgrund des Einsatzes eines einzigen Wafers und der häufigen Wartung begrenzt sein.

• Planetarische Herz-Kreislauf-Erkrankungen mit Warmwand: Unterstützt das Wachstum mehrerer Wafer in einer einzigen Kammer, wodurch die Produktionseffizienz erhöht wird, aber die Kontrolle der Einheitlichkeit über mehrere Wafer hinweg bleibt eine Herausforderung, die sich auf den Gesamtertrag auswirkt.

• CVD-Vertikal mit nahezu heißer Wand: Zeichnet sich durch eine ausgezeichnete Fehlerkontrolle und hohe Wachstumsraten aus, aber seine komplexe Struktur erfordert fortgeschrittene Wartung und Betriebskompetenz, was seine weit verbreitete Einführung einschränkt.

Abschließend kann gesagt werden, daß jeder Reaktortyp in verschiedenen Phasen der Produktion von SiC-Geräten eine wichtige Rolle spielt, wobei die Entscheidungen durch Faktoren wie Produktionsskala, Kosten,und spezifische LeistungsanforderungenIm Zuge der Entwicklung der SiC-Industrie werden die Fortschritte in der epitaxialen Technologie die Zukunft leistungsstarker SiC-Geräte weiter prägen.