طرق فنية مختلفة لفرن النمو الفوقي

تحتوي ركائز كربيد السيليكون على العديد من العيوب ولا يمكن معالجتها مباشرة. يجب أن يزرع فيلم رفيع واحد محدد من خلال عملية الحالة الفوقية لصنع رقائق رقاقة. هذا الفيلم الرقيق هو الطبقة الفوقية. يتم تحقيق جميع أجهزة كربيد السيليكون تقريبًا على المواد الفوقية. تعد المواد الفوقية المتجانسة للسيليكون عالية الجودة هي الأساس لتطوير أجهزة كربيد السيليكون. يحدد أداء المواد الفوقية مباشرة تحقيق أداء أجهزة كربيد السيليكون.

قدمت أجهزة كربيد السيليكون عالية التواصل والعالي الموصية متطلبات أكثر صرامة على التشكل السطحي ، وكثافة العيوب ، والتماثيل ، وتوحيد السمك للمواد الفوقية. كثافة كبيرة الحجم ، منخفضة العيوب وعالية التمييزسيليكون كربيد epitaxyأصبح مفتاح تطوير صناعة كربيد السيليكون.

إعداد الجودة العاليةسيليكون كربيد epitaxyيتطلب العمليات والمعدات المتقدمة. الطريقة الأكثر استخدامًا للسيليكون كاربريد النمو هي ترسب البخار الكيميائي (CVD) ، والتي لها مزايا التحكم الدقيق في سمك الفيلم الفوقي وتركيز المنشطات ، وعيوب أقل ، ومعدل نمو معتدل ، والتحكم التلقائي في العملية. إنها تقنية موثوقة تم تسويقها بنجاح.

يستخدم Cilicon Carbide CVD Epitaxy عمومًا معدات CVD الجدار الساخن أو الجدار الدافئ ، مما يضمن استمرارًا للطبقة الفوقية الكريستالية 4H في ظل ظروف درجة حرارة النمو الأعلى (1500-1700 ℃). بعد سنوات من التطور ، يمكن تقسيم الجدار الساخن أو CVD الجدار الدافئ إلى مفاعلات الهيكل الأفقي الأفقي ومفاعلات الهيكل الرأسي العمودي وفقًا للعلاقة بين اتجاه تدفق غاز المدخل وسطح الركيزة.

إن جودة الفرن الفوري للكربيد السيليكون لها ثلاثة مؤشرات. الأول هو أداء النمو الفوقي ، بما في ذلك توحيد السمك ، وتوحيد المنشطات ، ومعدل العيب ومعدل النمو ؛ والثاني هو أداء درجة حرارة الجهاز نفسه ، بما في ذلك معدل التدفئة/التبريد ، والحد الأقصى لدرجة الحرارة ، وتوحيد درجة الحرارة ؛ وأخيرا أداء التكلفة للمعدات نفسها ، بما في ذلك سعر الوحدة والقدرة الإنتاجية.

الاختلافات بين ثلاثة أنواع من أفران النمو الفوقي للسيليكون

CVD الأفقي الجدار الساخن ، CVD الجدار الدافئ ، CVD و CVD العمودي شبه الساخن هي حلول تكنولوجيا المعدات الفوقية السائدة التي تم تطبيقها تجاريًا في هذه المرحلة. تحتوي المعدات التقنية الثلاثة أيضًا على خصائصها الخاصة ويمكن اختيارها وفقًا للاحتياجات. يظهر مخطط الهيكل في الشكل أدناه:

نظام CVD الأفقي الجدار الساخن هو عمومًا نظام نمو كبير الحجم واحد مدفوع بتعويم الهواء والدوران. من السهل تحقيق مؤشرات جيدة في الفضول. النموذج التمثيلي هو PE1O6 لشركة LPE في إيطاليا. يمكن لهذا الجهاز تحقيق التحميل التلقائي وتفريغ الرقاقات في 900 ℃. الميزات الرئيسية هي معدل النمو المرتفع ، ودورة مختصرة قصيرة ، واتساق جيد داخل الرقاقة وبين الأفران ، وما إلى ذلك. لديها أعلى حصة في السوق في الصين.

وفقًا للتقارير الرسمية LPE ، إلى جانب استخدام المستخدمين الرئيسيين ، فإن منتجات الرقاقة الفوقية من 100 إلى 4-6 بوصات (4-6 بوصات) بسكان أقل من 30 ميكرومتر التي يتم إنتاجها من قبل الفرن الفضائي PE1O6 ، يمكن أن يحقق بشكل ثابت من المؤشرات التالية: ≤1CM-2 ، مساحة خالية من العيوب (خلية وحدة 2 مم × 2 مم) ≥90 ٪.

طورت الشركات المحلية مثل JSG و CETC 48 و NAURA و NASO معدات سليكونية كربيد سيليكون متجانسة مع وظائف مماثلة وحققت شحنات واسعة النطاق. على سبيل المثال ، في فبراير 2023 ، أصدرت JSG معدات الحالة الفوقية المزدوجة مقاس 6 بوصات. يستخدم الجهاز الطبقات العلوية والسفلية للطبقات العلوية والسفلية لأجزاء الجرافيت من غرفة التفاعل لزراعة رقائق محورية في فرن واحد ، ويمكن تنظيم غازات العملية العلوية والسفلية بشكل منفصل ، مع وجود اختلاف في درجة حرارة ≤5 درجة مئوية.طلاء الأجزاء نصف الموننحن نوفر أجزاء نصف بوصة و 8 بوصات للمستخدمين.

يتميز نظام CVD الكوكبي الدافئ ، مع ترتيب كوكبي للقاعدة ، بنمو رقائق متعددة في فرن واحد وكفاءة إخراج عالية. النماذج التمثيلية هي AIXG5WWC (8x150mm) و G10-SIC (9 × 150 مم أو 6 × 200 مم) من المعدات الفوقية من ألمانيا.

وفقًا للتقرير الرسمي لـ Aixtron ، يمكن أن تحقق منتجات الرقاقة الفوقية 4H-SIC بحجم 6 بوصات بسماكة 10μm التي ينتجها الفرن الفوري G10 ، ثباتًا في السمك الفضائي بين 2 ٪ ، انحراف inter-wafing deping ± 5 ٪. تركيز عدم التمييز <2 ٪.

حتى الآن ، نادراً ما يستخدم المستخدمون المحليون هذا النوع من النماذج ، وبيانات إنتاج الدُفعات غير كافية ، مما يقيد إلى حد ما تطبيقه الهندسي. بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا للعوائق التقنية العالية للأفران الفوقية متعددة الفرق من حيث مجال درجة الحرارة والتحكم في مجال التدفق ، لا يزال تطوير معدات محلية مماثلة في مرحلة البحث والتطوير ، ولا يوجد نموذج بديل. في الوقت نفسه ، يمكننا توفير Aixtron Planetary Sumpceptor مثل 6 بوصات و 8 بوصات مع طلاء ضئيل أو طلاء.

يدور نظام CVD العمودي شبه الساخن بشكل رئيسي بسرعة عالية من خلال المساعدة الميكانيكية الخارجية. خاصتها هي أن سمك الطبقة اللزجة يتم تقليله بفعالية من خلال ضغط غرفة التفاعل المنخفض ، وبالتالي زيادة معدل النمو الفوقي. في الوقت نفسه ، لا تحتوي غرفة رد الفعل على جدار علوي يمكن أن تودع عليه جزيئات SIC ، وليس من السهل إنتاج كائنات متساقطة. لديها ميزة متأصلة في السيطرة على العيوب. النماذج التمثيلية هي الأفران الفوقية الفردية أحادية الفرق Epirevos6 و Epirevos8 من Nuflare في اليابان.

وفقًا لـ NUFLARE ، يمكن أن يصل معدل نمو جهاز EPIREVOS6 إلى أكثر من 50μm/ساعة ، ويمكن التحكم في كثافة عيب السطح للرقاقة الفوقية إلى أقل من 0.1 سم ² ؛ من حيث التحكم في التوحيد ، أبلغ مهندس Nuflare Yoshiaki Daigo عن نتائج التوحيد داخل الفتحة لرقاق شرح بحجم 6 بوصات بحجم 6 بوصات نمت باستخدام EPIREVOS6 ، وتوصل سماكة الغرض الشريطي وتركيز تعاطي المنشطات إلى 1 ٪ و 2.6 ٪ على التوالي.اسطوانة الجرافيت العلوية.

في الوقت الحاضر ، قام مصنعو المعدات المحلية مثل Core Third Generation و JSG بتصميم وإطلاق معدات شرعية مع وظائف مماثلة ، ولكن لم يتم استخدامها على نطاق واسع.

بشكل عام ، فإن الأنواع الثلاثة من المعدات لها خصائصها الخاصة وتحتل حصة السوق معينة في احتياجات التطبيق المختلفة:

يتميز هيكل CVD الأفقي الجدار الساخن بمعدل نمو سريع للغاية ، وجودة وتوحيد ، وتشغيل وصيانة المعدات البسيطة ، وتطبيقات الإنتاج على نطاق واسع ناضجة. ومع ذلك ، نظرًا لنوع الفرق الواحد والصيانة المتكررة ، تكون كفاءة الإنتاج منخفضة ؛ تتبنى CVD الكوكبي الدافئ عمومًا هيكل صينية 6 (قطعة) × 100 مم (4 بوصات) أو 8 (قطعة) × 150 مم (6 بوصات) ، مما يحسن إلى حد كبير كفاءة الإنتاج في المعدات من حيث القدرة الإنتاجية ، ولكن من الصعب التحكم في اتساق القطع المتعددة ، ولا يزال عائد الإنتاج هو أكبر مشكلة ؛ يحتوي CVD العمودي على الجدار شبه الساخن على بنية معقدة ، والتحكم في عيب الجودة في إنتاج الرقاقة الفوقي ممتاز ، والذي يتطلب صيانة واستخدام المعدات الغنية للغاية.

من خلال التطوير المستمر للصناعة ، سيتم تحسين هذه الأنواع الثلاثة من المعدات بشكل متكرر وترقيتها من حيث الهيكل ، وسيصبح تكوين المعدات أكثر فأكثر ، ولعب دورًا مهمًا في مطابقة مواصفات الرقائق الفوقية ذات السماكة المختلفة ومتطلبات العيوب.