SiC epitaxial ग्रोथ फर्नेसचे वेगवेगळे तांत्रिक मार्ग

सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट्समध्ये अनेक दोष असतात आणि त्यावर थेट प्रक्रिया करता येत नाही. चिप वेफर्स बनवण्यासाठी एपिटॅक्सियल प्रक्रियेद्वारे त्यांच्यावर विशिष्ट एकल क्रिस्टल पातळ फिल्म वाढवणे आवश्यक आहे. ही पातळ फिल्म एपिटॅक्सियल लेयर आहे. जवळजवळ सर्व सिलिकॉन कार्बाइड उपकरणे एपिटॅक्सियल सामग्रीवर साकारली जातात. उच्च-गुणवत्तेचे सिलिकॉन कार्बाइड एकसंध एपिटॅक्सियल साहित्य सिलिकॉन कार्बाइड उपकरणांच्या विकासासाठी आधार आहेत. एपिटॅक्सियल सामग्रीची कार्यक्षमता थेट सिलिकॉन कार्बाइड उपकरणांच्या कार्यक्षमतेची प्राप्ती निश्चित करते.

उच्च-वर्तमान आणि उच्च-विश्वसनीयता सिलिकॉन कार्बाइड उपकरणांनी पृष्ठभाग आकारविज्ञान, दोष घनता, डोपिंग आणि एपिटॅक्सियल सामग्रीची जाडी एकसमानता यावर अधिक कठोर आवश्यकता घातल्या आहेत. मोठा-आकार, कमी-दोष घनता आणि उच्च-एकरूपतासिलिकॉन कार्बाइड एपिटॅक्सीसिलिकॉन कार्बाइड उद्योगाच्या विकासाची गुरुकिल्ली बनली आहे.

उच्च दर्जाची तयारीसिलिकॉन कार्बाइड एपिटॅक्सीप्रगत प्रक्रिया आणि उपकरणे आवश्यक आहेत. सिलिकॉन कार्बाइड एपिटॅक्सियल ग्रोथ पद्धत ही सर्वात जास्त प्रमाणात वापरली जाणारी रासायनिक वाष्प डिपॉझिशन (CVD) आहे, ज्यामध्ये एपिटॅक्सियल फिल्म जाडी आणि डोपिंग एकाग्रतेचे अचूक नियंत्रण, कमी दोष, मध्यम वाढीचा दर आणि स्वयंचलित प्रक्रिया नियंत्रण यांचे फायदे आहेत. हे एक विश्वासार्ह तंत्रज्ञान आहे ज्याचे यशस्वीरित्या व्यापारीकरण केले गेले आहे.

सिलिकॉन कार्बाइड CVD एपिटॅक्सी सामान्यतः गरम भिंत किंवा उबदार भिंत CVD उपकरणे वापरते, जे उच्च वाढ तापमान परिस्थितीत (1500-1700℃) एपिटॅक्सियल लेयर 4H क्रिस्टल SiC चालू ठेवण्याची खात्री देते. अनेक वर्षांच्या विकासानंतर, गरम भिंत किंवा उबदार भिंत CVD क्षैतिज क्षैतिज संरचना अणुभट्ट्या आणि उभ्या उभ्या संरचनेच्या अणुभट्ट्यांमध्ये इनलेट गॅस प्रवाहाच्या दिशा आणि सब्सट्रेट पृष्ठभाग यांच्यातील संबंधानुसार विभागली जाऊ शकतात.

सिलिकॉन कार्बाइड एपिटॅक्सियल फर्नेसच्या गुणवत्तेत प्रामुख्याने तीन निर्देशक असतात. पहिले म्हणजे एपिटॅक्सियल वाढ कार्यप्रदर्शन, ज्यामध्ये जाडीची एकसमानता, डोपिंग एकसमानता, दोष दर आणि वाढीचा दर समाविष्ट आहे; दुसरे म्हणजे उपकरणांचे स्वतःचे तापमान कार्यप्रदर्शन, हीटिंग/कूलिंग रेट, कमाल तापमान, तापमान एकसमानता; आणि शेवटी उपकरणाची किंमत कार्यप्रदर्शन, युनिट किंमत आणि उत्पादन क्षमतेसह.

तीन प्रकारच्या सिलिकॉन कार्बाइड एपिटॅक्सियल ग्रोथ फर्नेसमधील फरक

हॉट वॉल क्षैतिज CVD, उबदार वॉल प्लॅनेटरी CVD आणि अर्ध-हॉट वॉल वर्टिकल CVD ही मुख्य प्रवाहातील एपिटॅक्सियल उपकरणे तंत्रज्ञान समाधाने आहेत जी या टप्प्यावर व्यावसायिकरित्या लागू केली गेली आहेत. तीन तांत्रिक उपकरणांची स्वतःची वैशिष्ट्ये देखील आहेत आणि गरजेनुसार निवडली जाऊ शकतात. रचना आकृती खालील आकृतीमध्ये दर्शविली आहे:

हॉट वॉल हॉरिझॉन्टल सीव्हीडी सिस्टीम ही साधारणपणे एअर फ्लोटेशन आणि रोटेशनद्वारे चालणारी सिंगल-वेफर मोठ्या आकाराची वाढ प्रणाली असते. चांगले इन-वेफर निर्देशक प्राप्त करणे सोपे आहे. प्रतिनिधी मॉडेल इटलीमधील LPE कंपनीचे Pe1O6 आहे. हे मशीन 900℃ वर वेफर्सचे स्वयंचलित लोडिंग आणि अनलोडिंग लक्षात घेऊ शकते. मुख्य वैशिष्ट्ये म्हणजे उच्च वाढ दर, लहान एपिटॅक्सियल सायकल, वेफरमध्ये आणि भट्टींमधील चांगली सातत्य इ. चीनमध्ये याचा सर्वाधिक बाजार हिस्सा आहे.

LPE अधिकृत अहवालानुसार, प्रमुख वापरकर्त्यांच्या वापरासह, Pe1O6 एपिटॅक्सियल फर्नेसद्वारे उत्पादित केलेली 100-150mm (4-6 इंच) 4H-SiC एपिटॅक्सियल वेफर उत्पादने 30μm पेक्षा कमी जाडी असलेली उत्पादने स्थिरपणे खालील निर्देशक साध्य करू शकतात: इंट्रा-वेफर एपिटॅक्सियल जाडी नॉन-एकरूपता ≤2%, इंट्रा-वेफर डोपिंग एकाग्रता नॉन-एकरूपता ≤5%, पृष्ठभाग दोष घनता ≤1cm-2, पृष्ठभाग दोषमुक्त क्षेत्र (2mm×2mm युनिट सेल) ≥90%.

JSG, CETC 48, NAURA आणि NASO सारख्या देशांतर्गत कंपन्यांनी समान कार्ये असलेली मोनोलिथिक सिलिकॉन कार्बाइड एपिटॅक्सियल उपकरणे विकसित केली आहेत आणि मोठ्या प्रमाणात शिपमेंट्स साध्य केल्या आहेत. उदाहरणार्थ, फेब्रुवारी 2023 मध्ये, JSG ने 6-इंच डबल-वेफर SiC एपिटॅक्सियल उपकरणे जारी केली. उपकरणे रिॲक्शन चेंबरच्या ग्रॅफाइट भागांच्या वरच्या आणि खालच्या थरांच्या वरच्या आणि खालच्या थरांचा वापर करून एकाच भट्टीत दोन एपिटॅक्सियल वेफर्स वाढवतात आणि वरच्या आणि खालच्या प्रक्रियेतील वायू स्वतंत्रपणे नियंत्रित केले जाऊ शकतात, ≤ तापमानाच्या फरकाने. 5°C, जे मोनोलिथिक क्षैतिज एपिटॅक्सियल फर्नेसेसच्या अपुऱ्या उत्पादन क्षमतेच्या गैरसोयीची प्रभावीपणे भरपाई करते. मुख्य सुटे भाग आहेSiC कोटिंग हाफमून भाग.आम्ही वापरकर्त्यांना 6 इंच आणि 8 इंच अर्धचंद्राचे भाग पुरवत आहोत.

उबदार भिंतीवरील ग्रहांची CVD प्रणाली, पायाच्या ग्रहांच्या व्यवस्थेसह, एकाच भट्टीत अनेक वेफर्सची वाढ आणि उच्च आउटपुट कार्यक्षमता द्वारे वैशिष्ट्यीकृत आहे. प्रतिनिधी मॉडेल्स आहेत AIXG5WWC (8X150mm) आणि G10-SiC (9×150mm किंवा 6×200mm) मालिका Epitaxial उपकरणे जर्मनीच्या Aixtron.

Aixtron च्या अधिकृत अहवालानुसार, G10 एपिटॅक्सियल फर्नेसद्वारे उत्पादित 10μm जाडीसह 6-इंच 4H-SiC एपिटॅक्सियल वेफर उत्पादने स्थिरपणे खालील निर्देशक साध्य करू शकतात: इंटर-वेफर एपिटॅक्सियल जाडीचे विचलन ±2.5%, इंट्रा-वेफर जाडी 2% ची नॉन-एकरूपता, इंटर-वेफर डोपिंग एकाग्रता विचलन ±5%, इंट्रा-वेफर डोपिंग एकाग्रता नॉन-एकरूपता <2%.

आत्तापर्यंत, या प्रकारचे मॉडेल घरगुती वापरकर्त्यांद्वारे क्वचितच वापरले जाते आणि बॅच उत्पादन डेटा अपुरा आहे, जे काही प्रमाणात त्याच्या अभियांत्रिकी अनुप्रयोगास प्रतिबंधित करते. याव्यतिरिक्त, तापमान क्षेत्र आणि प्रवाह क्षेत्र नियंत्रणाच्या दृष्टीने मल्टी-वेफर एपिटॅक्सियल फर्नेसच्या उच्च तांत्रिक अडथळ्यांमुळे, तत्सम घरगुती उपकरणांचा विकास अद्याप संशोधन आणि विकासाच्या टप्प्यात आहे, आणि कोणतेही पर्यायी मॉडेल नाही. दरम्यान, ,आम्ही TaC कोटिंग किंवा SiC कोटिंगसह 6 इंच आणि 8 इंच सारखे Aixtron Planetary susceptor देऊ शकतो.

अर्ध-हॉट-वॉल वर्टिकल CVD सिस्टीम मुख्यतः बाह्य यांत्रिक सहाय्याने उच्च वेगाने फिरते. त्याचे वैशिष्ट्य असे आहे की कमी प्रतिक्रिया कक्ष दाबाने चिकट थराची जाडी प्रभावीपणे कमी होते, ज्यामुळे एपिटॅक्सियल वाढीचा दर वाढतो. त्याच वेळी, त्याच्या प्रतिक्रिया चेंबरमध्ये वरची भिंत नाही ज्यावर SiC कण जमा केले जाऊ शकतात आणि घसरणाऱ्या वस्तू तयार करणे सोपे नाही. दोष नियंत्रणात त्याचा अंतर्निहित फायदा आहे. प्रातिनिधिक मॉडेल्स जपानच्या नुफ्लेअरचे सिंगल-वेफर एपिटॅक्सियल फर्नेस EPIREVOS6 आणि EPIREVOS8 आहेत.

Nuflare नुसार, EPIREVOS6 उपकरणाचा वाढीचा दर 50μm/h पेक्षा जास्त पोहोचू शकतो आणि एपिटॅक्सियल वेफरच्या पृष्ठभागावरील दोष घनता 0.1cm-² खाली नियंत्रित केली जाऊ शकते; एकसमानता नियंत्रणाच्या बाबतीत, Nuflare अभियंता Yoshiaki Daigo यांनी EPIREVOS6 वापरून उगवलेल्या 10μm जाडीच्या 6-इंच एपिटॅक्सियल वेफरच्या इंट्रा-वेफर एकरूपतेचे परिणाम नोंदवले आणि इंट्रा-वेफर जाडी आणि डोपिंग एकाग्रता नॉन-एकरूपता अनुक्रमे 1% आणि 2.6% पर्यंत पोहोचली. आम्ही SiC लेपित उच्च शुद्धता ग्रेफाइट भाग प्रदान करत आहोतवरचा ग्रेफाइट सिलेंडर.

सध्या, कोअर थर्ड जनरेशन आणि जेएसजी सारख्या देशांतर्गत उपकरणे निर्मात्यांनी समान कार्यांसह एपिटॅक्सियल उपकरणे डिझाइन आणि लॉन्च केली आहेत, परंतु ते मोठ्या प्रमाणावर वापरले गेले नाहीत.

सर्वसाधारणपणे, तीन प्रकारच्या उपकरणांची स्वतःची वैशिष्ट्ये आहेत आणि विविध अनुप्रयोग गरजांमध्ये विशिष्ट बाजारपेठेचा हिस्सा व्यापतात:

हॉट वॉल क्षैतिज CVD संरचनेत अति-जलद वाढीचा दर, गुणवत्ता आणि एकसमानता, साधी उपकरणे चालवणे आणि देखभाल करणे आणि मोठ्या प्रमाणात उत्पादन अनुप्रयोग परिपक्व आहेत. तथापि, सिंगल-वेफर प्रकार आणि वारंवार देखभालीमुळे, उत्पादन कार्यक्षमता कमी आहे; उबदार वॉल प्लॅनेटरी सीव्हीडी सामान्यत: 6 (तुकडा) × 100 मिमी (4 इंच) किंवा 8 (तुकडा) × 150 मिमी (6 इंच) ट्रे ची रचना स्वीकारते, ज्यामुळे उत्पादन क्षमतेच्या बाबतीत उपकरणांची उत्पादन कार्यक्षमता मोठ्या प्रमाणात सुधारते, परंतु अनेक तुकड्यांची सुसंगतता नियंत्रित करणे कठीण आहे आणि उत्पादन उत्पन्न ही सर्वात मोठी समस्या आहे; अर्ध-हॉट वॉल वर्टिकल CVD ची रचना जटिल आहे, आणि एपिटॅक्सियल वेफर उत्पादनाचे गुणवत्ता दोष नियंत्रण उत्कृष्ट आहे, ज्यासाठी अत्यंत समृद्ध उपकरणे देखभाल आणि वापर अनुभव आवश्यक आहे.

उद्योगाच्या निरंतर विकासासह, या तीन प्रकारची उपकरणे पुनरावृत्तीने ऑप्टिमाइझ केली जातील आणि संरचनेच्या दृष्टीने अपग्रेड केली जातील आणि उपकरणांचे कॉन्फिगरेशन अधिकाधिक परिपूर्ण होत जाईल, विविध जाडी असलेल्या एपिटॅक्सियल वेफर्सच्या वैशिष्ट्यांशी जुळण्यासाठी महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावेल. दोष आवश्यकता.