SiC एपीटैक्सियल ग्रोथ फर्नेस के विभिन्न तकनीकी मार्ग

सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट्स में कई दोष हैं और इन्हें सीधे संसाधित नहीं किया जा सकता है। चिप वेफर्स बनाने के लिए एपिटैक्सियल प्रक्रिया के माध्यम से उन पर एक विशिष्ट एकल क्रिस्टल पतली फिल्म विकसित करने की आवश्यकता होती है। यह पतली फिल्म एपिटैक्सियल परत है। लगभग सभी सिलिकॉन कार्बाइड उपकरण एपिटैक्सियल सामग्रियों पर बनाए जाते हैं। उच्च गुणवत्ता वाले सिलिकॉन कार्बाइड सजातीय एपिटैक्सियल सामग्री सिलिकॉन कार्बाइड उपकरणों के विकास का आधार हैं। एपिटैक्सियल सामग्रियों का प्रदर्शन सीधे सिलिकॉन कार्बाइड उपकरणों के प्रदर्शन की प्राप्ति को निर्धारित करता है।

उच्च-वर्तमान और उच्च-विश्वसनीयता वाले सिलिकॉन कार्बाइड उपकरणों ने सतह आकृति विज्ञान, दोष घनत्व, डोपिंग और एपिटैक्सियल सामग्रियों की मोटाई एकरूपता पर अधिक कठोर आवश्यकताओं को आगे बढ़ाया है। बड़े आकार, कम दोष घनत्व और उच्च एकरूपतासिलिकॉन कार्बाइड एपिटैक्सीसिलिकॉन कार्बाइड उद्योग के विकास की कुंजी बन गई है।

उच्च गुणवत्ता की तैयारीसिलिकॉन कार्बाइड एपिटैक्सीउन्नत प्रक्रियाओं और उपकरणों की आवश्यकता है। सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल की जाने वाली सिलिकॉन कार्बाइड एपिटैक्सियल वृद्धि विधि रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) है, जिसमें एपिटैक्सियल फिल्म की मोटाई और डोपिंग एकाग्रता, कम दोष, मध्यम विकास दर और स्वचालित प्रक्रिया नियंत्रण के सटीक नियंत्रण के फायदे हैं। यह एक विश्वसनीय तकनीक है जिसका सफलतापूर्वक व्यावसायीकरण किया गया है।

सिलिकॉन कार्बाइड सीवीडी एपिटैक्सी आमतौर पर गर्म दीवार या गर्म दीवार सीवीडी उपकरण का उपयोग करता है, जो उच्च विकास तापमान स्थितियों (1500-1700 ℃) के तहत एपिटैक्सियल परत 4H क्रिस्टल SiC की निरंतरता सुनिश्चित करता है। वर्षों के विकास के बाद, गर्म दीवार या गर्म दीवार सीवीडी को इनलेट गैस प्रवाह की दिशा और सब्सट्रेट सतह के बीच संबंध के अनुसार क्षैतिज क्षैतिज संरचना रिएक्टरों और ऊर्ध्वाधर लंबवत संरचना रिएक्टरों में विभाजित किया जा सकता है।

सिलिकॉन कार्बाइड एपिटैक्सियल फर्नेस की गुणवत्ता में मुख्य रूप से तीन संकेतक होते हैं। पहला एपिटैक्सियल विकास प्रदर्शन है, जिसमें मोटाई एकरूपता, डोपिंग एकरूपता, दोष दर और विकास दर शामिल है; दूसरा उपकरण का तापमान प्रदर्शन है, जिसमें ताप/शीतलन दर, अधिकतम तापमान, तापमान एकरूपता शामिल है; और अंत में इकाई मूल्य और उत्पादन क्षमता सहित उपकरण का लागत प्रदर्शन।

तीन प्रकार की सिलिकॉन कार्बाइड एपिटैक्सियल ग्रोथ भट्टियों के बीच अंतर

हॉट वॉल हॉरिजॉन्टल सीवीडी, वॉर्म वॉल प्लैनेटरी सीवीडी और अर्ध-हॉट वॉल वर्टिकल सीवीडी मुख्यधारा के एपिटैक्सियल उपकरण प्रौद्योगिकी समाधान हैं जिन्हें इस स्तर पर व्यावसायिक रूप से लागू किया गया है। तीन तकनीकी उपकरणों की भी अपनी-अपनी विशेषताएं हैं और इन्हें आवश्यकताओं के अनुसार चुना जा सकता है। संरचना आरेख नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है:

गर्म दीवार क्षैतिज सीवीडी प्रणाली आम तौर पर वायु प्लवन और घूर्णन द्वारा संचालित एकल-वेफर बड़े आकार की विकास प्रणाली है। अच्छे इन-वेफर संकेतक हासिल करना आसान है। प्रतिनिधि मॉडल इटली में LPE कंपनी का Pe1O6 है। यह मशीन 900℃ पर वेफर्स की स्वचालित लोडिंग और अनलोडिंग का एहसास कर सकती है। मुख्य विशेषताएं उच्च विकास दर, लघु एपिटैक्सियल चक्र, वेफर के भीतर और भट्टियों के बीच अच्छी स्थिरता आदि हैं। चीन में इसकी बाजार हिस्सेदारी सबसे अधिक है।

एलपीई की आधिकारिक रिपोर्टों के अनुसार, प्रमुख उपयोगकर्ताओं के उपयोग के साथ, Pe1O6 एपिटैक्सियल फर्नेस द्वारा उत्पादित 30μm से कम मोटाई वाले 100-150 मिमी (4-6 इंच) 4H-SiC एपिटैक्सियल वेफर उत्पाद निम्नलिखित संकेतक प्राप्त कर सकते हैं: इंट्रा-वेफर एपिटैक्सियल मोटाई गैर-एकरूपता ≤2%, इंट्रा-वेफर डोपिंग एकाग्रता गैर-एकरूपता ≤5%, सतह दोष घनत्व ≤1 सेमी-2, सतह दोष-मुक्त क्षेत्र (2 मिमी × 2 मिमी इकाई सेल) ≥90%।

JSG, CETC 48, NAURA और NASO जैसी घरेलू कंपनियों ने समान कार्यों के साथ मोनोलिथिक सिलिकॉन कार्बाइड एपिटैक्सियल उपकरण विकसित किया है और बड़े पैमाने पर शिपमेंट हासिल किया है। उदाहरण के लिए, फरवरी 2023 में, JSG ने 6-इंच डबल-वेफर SiC एपिटैक्सियल उपकरण जारी किया। उपकरण एक ही भट्टी में दो एपिटैक्सियल वेफर्स विकसित करने के लिए प्रतिक्रिया कक्ष के ग्रेफाइट भागों की ऊपरी और निचली परतों का उपयोग करता है, और ऊपरी और निचली प्रक्रिया गैसों को तापमान अंतर के साथ अलग से विनियमित किया जा सकता है। 5°C, जो प्रभावी रूप से अखंड क्षैतिज एपिटैक्सियल भट्टियों की अपर्याप्त उत्पादन क्षमता के नुकसान की भरपाई करता है। मुख्य अतिरिक्त भाग हैSiC कोटिंग हाफमून पार्ट्सहम उपयोगकर्ताओं को 6 इंच और 8 इंच हाफमून पार्ट्स की आपूर्ति कर रहे हैं।

आधार की ग्रहीय व्यवस्था के साथ गर्म-दीवार ग्रहीय सीवीडी प्रणाली, एक ही भट्ठी में कई वेफर्स की वृद्धि और उच्च आउटपुट दक्षता की विशेषता है। प्रतिनिधि मॉडल जर्मनी के ऐक्सट्रॉन के AIXG5WWC (8X150mm) और G10-SiC (9×150mm या 6×200mm) श्रृंखला एपिटैक्सियल उपकरण हैं।

ऐक्सट्रॉन की आधिकारिक रिपोर्ट के अनुसार, G10 एपिटैक्सियल फर्नेस द्वारा उत्पादित 10μm की मोटाई वाले 6-इंच 4H-SiC एपिटैक्सियल वेफर उत्पाद निम्नलिखित संकेतक प्राप्त कर सकते हैं: ±2.5% का अंतर-वेफर एपिटैक्सियल मोटाई विचलन, इंट्रा-वेफर एपिटैक्सियल मोटाई 2% की गैर-एकरूपता, अंतर-वेफर डोपिंग एकाग्रता विचलन ±5%, इंट्रा-वेफर डोपिंग एकाग्रता गैर-एकरूपता <2%।

अब तक, इस प्रकार के मॉडल का उपयोग घरेलू उपयोगकर्ताओं द्वारा शायद ही कभी किया जाता है, और बैच उत्पादन डेटा अपर्याप्त है, जो कुछ हद तक इसके इंजीनियरिंग अनुप्रयोग को प्रतिबंधित करता है। इसके अलावा, तापमान क्षेत्र और प्रवाह क्षेत्र नियंत्रण के संदर्भ में मल्टी-वेफर एपिटैक्सियल भट्टियों की उच्च तकनीकी बाधाओं के कारण, समान घरेलू उपकरणों का विकास अभी भी अनुसंधान और विकास चरण में है, और कोई वैकल्पिक मॉडल नहीं है। इस बीच , हम TaC कोटिंग या SiC कोटिंग के साथ 6 इंच और 8 इंच जैसे Aixtron प्लैनेटरी ससेप्टर प्रदान कर सकते हैं।

अर्ध-गर्म-दीवार ऊर्ध्वाधर सीवीडी प्रणाली मुख्य रूप से बाहरी यांत्रिक सहायता के माध्यम से उच्च गति से घूमती है। इसकी विशेषता यह है कि चिपचिपी परत की मोटाई कम प्रतिक्रिया कक्ष दबाव से प्रभावी ढंग से कम हो जाती है, जिससे एपीटैक्सियल विकास दर बढ़ जाती है। साथ ही, इसके प्रतिक्रिया कक्ष में ऊपरी दीवार नहीं होती है जिस पर SiC कण जमा हो सकें, और गिरने वाली वस्तुओं का उत्पादन करना आसान नहीं है। दोष नियंत्रण में इसका अंतर्निहित लाभ है। प्रतिनिधि मॉडल जापान के नुफ्लेयर की एकल-वेफर एपिटैक्सियल भट्टियां EPIREVOS6 और EPIREVOS8 हैं।

नुफ्लेयर के अनुसार, EPIREVOS6 डिवाइस की वृद्धि दर 50μm/h से अधिक तक पहुंच सकती है, और एपिटैक्सियल वेफर की सतह दोष घनत्व को 0.1cm-² से नीचे नियंत्रित किया जा सकता है; एकरूपता नियंत्रण के संदर्भ में, नुफ्लेयर इंजीनियर योशियाकी दाइगो ने EPIREVOS6 का उपयोग करके उगाए गए 10μm मोटे 6-इंच एपिटैक्सियल वेफर के इंट्रा-वेफर एकरूपता परिणाम की सूचना दी, और इंट्रा-वेफर मोटाई और डोपिंग एकाग्रता गैर-एकरूपता क्रमशः 1% और 2.6% तक पहुंच गई। हम SiC लेपित उच्च शुद्धता वाले ग्रेफाइट हिस्से जैसे प्रदान कर रहे हैंऊपरी ग्रेफाइट सिलेंडर.

वर्तमान में, कोर थर्ड जेनरेशन और जेएसजी जैसे घरेलू उपकरण निर्माताओं ने समान कार्यों के साथ एपिटैक्सियल उपकरण डिजाइन और लॉन्च किए हैं, लेकिन उनका उपयोग बड़े पैमाने पर नहीं किया गया है।

सामान्य तौर पर, तीन प्रकार के उपकरणों की अपनी-अपनी विशेषताएं होती हैं और विभिन्न अनुप्रयोग आवश्यकताओं में एक निश्चित बाजार हिस्सेदारी होती है:

गर्म दीवार क्षैतिज सीवीडी संरचना में अल्ट्रा-तेज विकास दर, गुणवत्ता और एकरूपता, सरल उपकरण संचालन और रखरखाव, और परिपक्व बड़े पैमाने पर उत्पादन अनुप्रयोग शामिल हैं। हालाँकि, एकल-वेफर प्रकार और लगातार रखरखाव के कारण, उत्पादन क्षमता कम है; गर्म दीवार ग्रहीय सीवीडी आम तौर पर 6 (टुकड़ा) × 100 मिमी (4 इंच) या 8 (टुकड़ा) × 150 मिमी (6 इंच) ट्रे संरचना को अपनाता है, जो उत्पादन क्षमता के संदर्भ में उपकरण की उत्पादन दक्षता में काफी सुधार करता है, लेकिन कई टुकड़ों की स्थिरता को नियंत्रित करना मुश्किल है, और उत्पादन उपज अभी भी सबसे बड़ी समस्या है; अर्ध-गर्म दीवार ऊर्ध्वाधर सीवीडी में एक जटिल संरचना होती है, और एपिटैक्सियल वेफर उत्पादन का गुणवत्ता दोष नियंत्रण उत्कृष्ट होता है, जिसके लिए बेहद समृद्ध उपकरण रखरखाव और उपयोग अनुभव की आवश्यकता होती है।

उद्योग के निरंतर विकास के साथ, इन तीन प्रकार के उपकरणों को संरचना के संदर्भ में पुनरावृत्त रूप से अनुकूलित और उन्नत किया जाएगा, और उपकरण विन्यास अधिक से अधिक परिपूर्ण हो जाएगा, जो विभिन्न मोटाई के साथ एपिटैक्सियल वेफर्स के विनिर्देशों के मिलान में महत्वपूर्ण भूमिका निभाएगा और दोष आवश्यकताएँ.