SIC 에피 택셜 성장 용광로의 다양한 기술 경로

실리콘 카바이드 기판에는 많은 결함이 있으며 직접 처리 할 수 ​​없습니다. 특정 단결정 박막은 칩 웨이퍼를 만들기 위해 에피 택셜 프로세스를 통해 이들로 자라야합니다. 이 박막은 에피 택셜 층입니다. 거의 모든 실리콘 카바이드 장치는 에피 택셜 재료에서 실현됩니다. 고품질 실리콘 탄화물 균질 에피 택셜 재료는 실리콘 카바이드 장치의 개발의 기초입니다. 에피 택셜 재료의 성능은 실리콘 카바이드 장치의 성능의 실현을 직접 결정합니다.

고전류 및 고출성 실리콘 카바이드 장치는 표면 형태, 결함 밀도, 도핑 및 에피 택셜 재료의 두께 균일 성에 대한보다 엄격한 요구 사항을 제시했습니다. 대규모 크기의 저하 밀도 및 고합성실리콘 카바이드 에피 택시실리콘 카바이드 산업의 발전의 열쇠가되었습니다.

고품질의 준비실리콘 카바이드 에피 택시고급 프로세스 및 장비가 필요합니다. 가장 널리 사용되는 실리콘 카바이드 에피 택셜 성장 방법은 화학 증기 증착 (CVD)이며, 이는 에피 택셜 필름 두께 및 도핑 농도의 정확한 제어의 장점, 적은 결함, 중간 성장률 및 자동 공정 제어를 갖는다. 성공적으로 상업화 된 신뢰할 수있는 기술입니다.

실리콘 카바이드 CVD 에피 택시는 일반적으로 뜨거운 벽 또는 따뜻한 벽 CVD 장비를 사용하여 더 높은 성장 온도 조건 (1500-1700 ℃)에서 에피 택셜 층 4H 크리스탈 SIC의 연속을 보장한다. 수년간의 발달 후, 핫 벽 또는 따뜻한 벽 CVD는 입구 가스 흐름의 방향과 기판 표면의 관계에 따라 수평 수평 구조 반응기 및 수직 수직 구조 반응기로 나눌 수 있습니다.

실리콘 카바이드 에피 택셜 퍼니스의 품질에는 주로 세 가지 지표가 있습니다. 첫 번째는 두께 균일 성, 도핑 균일 성, 결함 속도 및 성장률을 포함한 에피 택셜 성장 성능입니다. 두 번째는 난방/냉각 속도, 최대 온도, 온도 균일 성을 포함한 장비 자체의 온도 성능입니다. 그리고 마지막으로 단가 및 생산 능력을 포함한 장비 자체의 비용 성능.

실리콘 탄화물 에피 택셜 성장 용광로의 세 가지 유형의 차이

뜨거운 벽 수평 CVD, 따뜻한 벽 행성 CVD 및 준 벽 수직 CVD는이 단계에서 상업적으로 적용된 주류 에피 택셜 장비 기술 솔루션입니다. 세 가지 기술 장비에는 고유 한 특성이 있으며 필요에 따라 선택할 수 있습니다. 구조 다이어그램은 아래 그림에 나와 있습니다.

Hot Wall 수평 CVD 시스템은 일반적으로 공기 부양 및 회전으로 구동되는 단일 웨이퍼 대형 성장 시스템입니다. 웨이퍼 내 지표를 달성하기가 쉽습니다. 대표 모델은 이탈리아의 LPE Company의 PE1O6입니다. 이 기계는 900 ℃에서 웨이퍼의 자동 로딩 및 언로드를 실현할 수 있습니다. 주요 특징은 고성장 속도, 짧은 에피 택셜 사이클, 웨이퍼 내 및 용광로 간의 일관성이 우수합니다. 중국에서 시장 점유율이 가장 높습니다.

LPE 공식 보고서에 따르면, 주요 사용자의 사용과 결합 된 100-150mm (4-6 인치) 4H-SIC 에피 택셜 웨이퍼 PE1O6 에피 택셜 퍼니스에 의해 생성 된 30μm 미만의 두께가 다음 지표를 안정적으로 달성 할 수 있습니다. 밀도 ≤1cm-2, 표면 결함이없는 면적 (2mm × 2mm 단위 셀) ≥90%.

JSG, CETC 48, NAURA 및 NASO와 같은 국내 회사는 유사한 기능을 갖춘 모 놀리 식 실리콘 카바이드 에피 택셜 장비를 개발했으며 대규모 선적을 달성했습니다. 예를 들어, 2023 년 2 월, JSG는 6 인치 이중 웨이퍼 SIC 에피 택셜 장비를 출시했습니다. 이 장비는 반응 챔버의 흑연 부분의 상부 및 하단 층의 상단 및 하단 층을 사용하여 단일 용광로에서 2 개의 에피 택셜 웨이퍼를 재배하고 상부 및 하부 공정 가스는 별도로 조절 될 수 있으며, 온도 차이는 ≤5 ° C의 온도 차이를 사용하여 모 놀리 식 수로의 불충분 한 생산 용량의 불량한 점이 적용됩니다.SIC 코팅 하프문 부품우리는 사용자에게 6 인치 및 8 인치 반달 부분을 공급하고 있습니다.

베이스의 행성 배열을 갖는 따뜻한 벽 행성 CVD 시스템은 단일 용광로에서 다중 웨이퍼의 성장과 높은 출력 효율을 특징으로합니다. 대표 모델은 독일 Aixtron의 AIXG5WWC (8x150mm) 및 G10-SIC (9 × 150mm 또는 6 × 200mm) 시리즈 에피 택셜 장비입니다.

According to Aixtron's official report, the 6-inch 4H-SiC epitaxial wafer products with a thickness of 10μm produced by the G10 epitaxial furnace can stably achieve the following indicators: inter-wafer epitaxial thickness deviation of ±2.5%, intra-wafer epitaxial thickness non-uniformity of 2%, inter-wafer doping concentration deviation of ±5%, intra-wafer doping 농도 비 불균일 <2%.

지금 까지이 유형의 모델은 국내 사용자가 거의 사용하지 않으며 배치 생산 데이터는 불충분하므로 어느 정도 엔지니어링 애플리케이션이 제한됩니다. 또한, 온도 필드 및 유동장 제어 측면에서 다중 웨이퍼 에피 택셜 퍼니스의 높은 기술적 장벽으로 인해 유사한 국내 장비의 개발은 여전히 ​​연구 및 개발 단계에 있으며 대안 모델은 없습니다.

준 홀-벽 수직 CVD 시스템은 주로 외부 기계식 지원을 통해 고속으로 회전합니다. 그것의 특성은 점성 층의 두께가 반응 챔버 압력이 낮아서 효과적으로 감소하여 에피 택셜 성장 속도를 증가 시킨다는 것이다. 동시에, 반응 챔버는 상부 벽을 갖지 않는 SIC 입자를 증착 할 수 없으며 떨어지는 물체를 생성하기가 쉽지 않습니다. 결함 제어에서 고유 한 이점이 있습니다. 대표 모델은 일본의 핵무기의 단일 웨이퍼 epitaxial furnaces epirevos6 및 epirevos8입니다.

Nuflare에 따르면, Epirevos6 장치의 성장 속도는 50μm/h 이상에 도달 할 수 있으며, 에피 택셜 웨이퍼의 표면 결함 밀도는 0.1cm-² 미만으로 제어 될 수있다; 균일 성 통제 측면에서, Nuflare 엔지니어 인 Yoshiaki Daigo는 Epirevos6을 사용하여 10μm 두께의 6 인치 에피 택셜 웨이퍼의 웨이퍼 균일 성 결과를보고, 웨이퍼 내 두께 및 도핑 농도가 각각 1% 및 2.6%에 도달했습니다.상단 흑연 실린더.

현재 Core 3 Generation 및 JSG와 같은 국내 장비 제조업체는 비슷한 기능을 갖춘 에피 택셜 장비를 설계하고 출시했지만 대규모로 사용되지 않았습니다.

일반적으로 세 가지 유형의 장비는 자체 특성을 가지며 다양한 응용 프로그램 요구 사항에서 특정 시장 점유율을 차지합니다.

핫 월 수평 CVD 구조는 초고속 성장률, 품질 및 균일 성, 간단한 장비 운영 및 유지 보수 및 성숙한 대규모 생산 응용 프로그램을 특징으로합니다. 그러나 단일 웨이퍼 유형과 빈번한 유지 보수로 인해 생산 효율이 낮습니다. 따뜻한 벽 행성 CVD는 일반적으로 6 (조각) × 100mm (4 인치) 또는 8 (조각) × 150mm (6 인치) 트레이 구조를 채택하여 생산 용량 측면에서 장비의 생산 효율을 크게 향상시킬 수 있지만 여러 조각의 일관성을 제어하기가 어렵고 생산 수율은 여전히 ​​가장 큰 문제입니다. 준 hot 벽 수직 CVD는 복잡한 구조를 가지며, 에피 택셜 웨이퍼 생산의 품질 결함 제어는 우수하므로 매우 풍부한 장비 유지 보수 및 사용 경험이 필요합니다.

업계의 지속적인 개발로 인해이 세 가지 유형의 장비는 구조 측면에서 반복적으로 최적화되고 업그레이드 될 것이며 장비 구성은 점점 더 완벽 해져서 두께와 결함 요구 사항이 다른 에피 택셜 웨이퍼의 사양과 일치하는 데 중요한 역할을합니다.