طرق فنية مختلفة لفرن النمو الفوقي SiC

تحتوي ركائز كربيد السيليكون على العديد من العيوب ولا يمكن معالجتها مباشرة. يجب أن يتم زراعة طبقة رقيقة من الكريستال المفرد عليها من خلال عملية الفوقي لصنع رقائق الرقائق. هذا الفيلم الرقيق هو الطبقة الفوقي. يتم تصنيع جميع أجهزة كربيد السيليكون تقريبًا على مواد الفوقي. تعد المواد الفوقي المتجانسة من كربيد السيليكون عالية الجودة الأساس لتطوير أجهزة كربيد السيليكون. يحدد أداء المواد الفوقي بشكل مباشر تحقيق أداء أجهزة كربيد السيليكون.

لقد وضعت أجهزة كربيد السيليكون عالية التيار والموثوقية متطلبات أكثر صرامة على التشكل السطحي وكثافة العيوب والمنشطات وتوحيد سمك المواد الفوقي. كبيرة الحجم، وكثافة منخفضة العيوب، وتوحيد عاليتنضيد كربيد السيليكونأصبح المفتاح لتطوير صناعة كربيد السيليكون.

تحضير ذو جودة عاليةتنضيد كربيد السيليكونيتطلب عمليات ومعدات متقدمة. إن طريقة النمو الفوقي لكربيد السيليكون الأكثر استخدامًا هي ترسيب البخار الكيميائي (CVD)، والذي يتميز بمزايا التحكم الدقيق في سماكة الفيلم الفوقي وتركيز المنشطات، وعدد أقل من العيوب، ومعدل نمو معتدل، والتحكم التلقائي في العملية. إنها تقنية موثوقة تم تسويقها بنجاح.

يستخدم كربيد السيليكون CVD بشكل عام معدات CVD للجدار الساخن أو الجدار الدافئ، والتي تضمن استمرار الطبقة الفوقية 4H crystal SiC في ظل ظروف درجة حرارة نمو أعلى (1500-1700 درجة مئوية). بعد سنوات من التطوير، يمكن تقسيم الجدار الساخن أو الجدار الدافئ CVD إلى مفاعلات ذات هيكل أفقي أفقي ومفاعلات ذات هيكل رأسي رأسي وفقًا للعلاقة بين اتجاه تدفق الغاز الداخل وسطح الركيزة.

تحتوي جودة الفرن الفوقي لكربيد السيليكون بشكل أساسي على ثلاثة مؤشرات. الأول هو أداء النمو الفوقي، بما في ذلك توحيد السُمك، وتوحيد المنشطات، ومعدل العيوب ومعدل النمو؛ والثاني هو أداء درجة حرارة المعدات نفسها، بما في ذلك معدل التدفئة / التبريد، ودرجة الحرارة القصوى، وتوحيد درجة الحرارة؛ وأخيرًا أداء تكلفة المعدات نفسها، بما في ذلك سعر الوحدة والقدرة الإنتاجية.

الاختلافات بين ثلاثة أنواع من أفران النمو الفوقي كربيد السيليكون

إن CVD الأفقي للجدار الساخن، و CVD الكوكبي ذو الجدار الدافئ، و CVD العمودي للجدار شبه الساخن هي حلول تكنولوجيا المعدات الفوقي السائدة التي تم تطبيقها تجاريًا في هذه المرحلة. تتميز المعدات التقنية الثلاثة أيضًا بخصائصها الخاصة ويمكن اختيارها وفقًا للاحتياجات. يظهر مخطط الهيكل في الشكل أدناه:

إن نظام CVD الأفقي للجدار الساخن هو بشكل عام نظام نمو كبير الحجم ذو رقاقة واحدة مدفوع بتعويم الهواء ودورانه. من السهل تحقيق مؤشرات جيدة داخل الرقاقة. النموذج التمثيلي هو Pe1O6 لشركة LPE في إيطاليا. هذه الآلة يمكنها تحقيق التحميل والتفريغ الأوتوماتيكي للرقائق عند درجة حرارة 900 درجة مئوية. السمات الرئيسية هي معدل النمو المرتفع، الدورة الفوقية القصيرة، الاتساق الجيد داخل الرقاقة وبين الأفران، إلخ. لديها أعلى حصة في السوق في الصين

وفقًا لتقارير LPE الرسمية، جنبًا إلى جنب مع استخدام المستخدمين الرئيسيين، فإن منتجات الرقاقة الفوقية 100-150 مم (4-6 بوصة) 4H-SiC بسماكة أقل من 30μm التي يتم إنتاجها بواسطة الفرن الفوقي Pe1O6 يمكنها تحقيق المؤشرات التالية بشكل ثابت: عدم انتظام السُمك الفوقي للرقاقة ≥2%، وعدم انتظام تركيز المنشطات داخل الرقاقة ≥5%، وكثافة عيوب السطح ≥1 سم -2، ومنطقة السطح الخالية من العيوب (خلية وحدة 2 مم × 2 مم) ≥90%.

قامت الشركات المحلية مثل JSG، وCETC 48، وNAURA، وNASO بتطوير معدات الفوقي من كربيد السيليكون المتجانسة ذات وظائف مماثلة وحققت شحنات واسعة النطاق. على سبيل المثال، في فبراير 2023، أصدرت JSG معدات الفوقي SiC ذات الرقاقة المزدوجة مقاس 6 بوصات. تستخدم المعدات الطبقات العلوية والسفلية من الطبقات العلوية والسفلية لأجزاء الجرافيت في غرفة التفاعل لزراعة رقاقتين فوقيتين في فرن واحد، ويمكن تنظيم غازات العملية العلوية والسفلية بشكل منفصل، مع اختلاف في درجة الحرارة يبلغ ≥ 5 درجة مئوية، وهو ما يعوض بشكل فعال عن عيوب عدم كفاية القدرة الإنتاجية للأفران الفوقي الأفقية المتجانسة. قطع الغيار الرئيسية هيأجزاء نصف القمر المطلية بـ SiCنحن نقوم بتوريد أجزاء نصف القمر مقاس 6 بوصة و8 بوصة للمستخدمين.

يتميز نظام CVD الكوكبي ذو الجدار الدافئ، مع الترتيب الكوكبي للقاعدة، بنمو رقائق متعددة في فرن واحد وكفاءة إنتاجية عالية. النماذج التمثيلية هي المعدات الفوقية من سلسلة AIXG5WWC (8X150mm) وG10-SiC (9×150mm أو 6×200mm) من Aixtron الألمانية.

وفقًا لتقرير Aixtron الرسمي، فإن منتجات الويفر الفوقي 4H-SiC مقاس 6 بوصة بسماكة 10μm التي يتم إنتاجها بواسطة الفرن الفوقي G10 يمكنها تحقيق المؤشرات التالية بثبات: انحراف السُمك الفوقي بين الرقاقات بمقدار ±2.5%، والسمك الفوقي داخل الرقاقة عدم انتظام بنسبة 2%، وانحراف تركيز المنشطات بين الرقاقات بنسبة ±5%، وعدم انتظام تركيز المنشطات داخل الرقاقة <2%.

حتى الآن، نادرًا ما يتم استخدام هذا النوع من النماذج من قبل المستخدمين المحليين، وبيانات الإنتاج المجمعة غير كافية، مما يقيد إلى حد ما تطبيقه الهندسي. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا للعوائق التقنية العالية للأفران الفوقية متعددة الرقائق من حيث مجال درجة الحرارة والتحكم في مجال التدفق، فإن تطوير معدات محلية مماثلة لا يزال في مرحلة البحث والتطوير، ولا يوجد نموذج بديل. ، يمكننا توفير مستقبل Aixtron Planetary مثل 6 بوصة و8 بوصة مع طلاء TaC أو طلاء SiC.

يدور نظام CVD العمودي شبه الساخن بشكل أساسي بسرعة عالية من خلال المساعدة الميكانيكية الخارجية. ومن خصائصه أن سمك الطبقة اللزجة يقل بشكل فعال عن طريق انخفاض ضغط غرفة التفاعل، وبالتالي زيادة معدل النمو الفوقي. في الوقت نفسه، لا تحتوي غرفة التفاعل الخاصة بها على جدار علوي يمكن أن تترسب عليه جزيئات SiC، وليس من السهل إنتاج الأجسام المتساقطة. لديها ميزة متأصلة في السيطرة على العيوب. النماذج التمثيلية هي الأفران الفوقية أحادية الرقاقة EPIREVOS6 وEPIREVOS8 من Nuflare اليابانية.

وفقًا لـ Nuflare، يمكن أن يصل معدل نمو جهاز EPIREVOS6 إلى أكثر من 50 ميكرومتر/ساعة، ويمكن التحكم في كثافة العيوب السطحية للرقاقة الفوقي أقل من 0.1 سم -²؛ فيما يتعلق بالتحكم في التوحيد، أبلغ مهندس Nuflare يوشياكي دايجو عن نتائج التوحيد داخل الرقاقة لرقاقة فوقي بسمك 10 ميكرومتر مقاس 6 بوصات مزروعة باستخدام EPIREVOS6، ووصل سمك الرقاقة الداخلية وعدم انتظام تركيز المنشطات إلى 1% و2.6% على التوالي. نحن نقدم أجزاء الجرافيت عالية النقاء المطلية بـ SiC مثلاسطوانة الجرافيت العلوية.

في الوقت الحاضر، قامت الشركات المصنعة للمعدات المحلية مثل Core Third Generation وJSG بتصميم وإطلاق معدات الفوقي بوظائف مماثلة، ولكن لم يتم استخدامها على نطاق واسع.

بشكل عام، تتميز الأنواع الثلاثة من المعدات بخصائصها الخاصة وتحتل حصة سوقية معينة في احتياجات التطبيقات المختلفة:

يتميز هيكل CVD الأفقي للجدار الساخن بمعدل نمو فائق السرعة، والجودة والتوحيد، وتشغيل وصيانة المعدات البسيطة، وتطبيقات الإنتاج الناضجة واسعة النطاق. مع ذلك، بسبب نوع الرقاقة المفردة والصيانة المتكررة، فإن كفاءة الإنتاج تكون منخفضة؛ يعتمد نظام CVD الكوكبي ذو الجدار الدافئ بشكل عام هيكل صينية 6 (قطعة) × 100 مم (4 بوصات) أو 8 (قطعة) × 150 مم (6 بوصات)، مما يحسن بشكل كبير من كفاءة إنتاج المعدات من حيث القدرة الإنتاجية، ولكن من الصعب التحكم في تناسق القطع المتعددة، ولا يزال إنتاج الإنتاج هو المشكلة الأكبر؛ يحتوي CVD الرأسي للجدار شبه الساخن على هيكل معقد، كما أن التحكم في عيوب الجودة في إنتاج الرقائق الفوقي ممتاز، الأمر الذي يتطلب صيانة معدات غنية للغاية وخبرة في الاستخدام.

مع التطوير المستمر للصناعة، سيتم تحسين هذه الأنواع الثلاثة من المعدات بشكل متكرر وترقيتها من حيث الهيكل، وسيصبح تكوين المعدات أكثر مثالية، ويلعب دورًا مهمًا في مطابقة مواصفات الرقاقات الفوقية بسماكات مختلفة و متطلبات العيب.