المحتوى المحسن والمترجم على معدات النمو الفوقي من كربيد السيليكون

تحتوي ركائز كربيد السيليكون (SiC) على العديد من العيوب التي تمنع المعالجة المباشرة. لإنشاء رقائق الرقائق، يجب زراعة فيلم محدد أحادي البلورة على ركيزة SiC من خلال عملية الفوقي. يُعرف هذا الفيلم بالطبقة الفوقي. يتم تصنيع جميع أجهزة SiC تقريبًا على مواد الفوقي، وتشكل مواد SiC المتجانسة عالية الجودة الأساس لتطوير أجهزة SiC. يحدد أداء المواد الفوقي أداء أجهزة SiC بشكل مباشر.

تفرض أجهزة SiC ذات التيار العالي والموثوقية العالية متطلبات صارمة على شكل السطح، وكثافة العيوب، وتوحيد المنشطات، وتوحيد سمكالفوقيمواد. أصبح تحقيق حجم كبير وكثافة منخفضة العيوب وطبقة SiC عالية التوحيد أمرًا بالغ الأهمية لتطوير صناعة SiC.

يعتمد إنتاج طبقة SiC عالية الجودة على العمليات والمعدات المتقدمة. حاليا، الطريقة الأكثر استخداما على نطاق واسع للنمو الفوقي SiC هيترسيب البخار الكيميائي (CVD).توفر CVD تحكمًا دقيقًا في سماكة الفيلم الفوقي وتركيز المنشطات، وكثافة العيوب المنخفضة، ومعدل النمو المعتدل، والتحكم الآلي في العملية، مما يجعلها تقنية موثوقة للتطبيقات التجارية الناجحة.

SiC CVD epitaxyتستخدم بشكل عام معدات CVD ذات الجدار الساخن أو الجدار الدافئ. تضمن درجات حرارة النمو المرتفعة (1500-1700 درجة مئوية) استمرار الشكل البلوري 4H-SiC. بناءً على العلاقة بين اتجاه تدفق الغاز وسطح الركيزة، يمكن تصنيف غرف التفاعل الخاصة بأنظمة الأمراض القلبية الوعائية إلى هياكل أفقية ورأسية.

يتم الحكم على جودة الأفران الفوقية من كربيد السيليكون بشكل أساسي من خلال ثلاثة جوانب: أداء النمو الفوقي (بما في ذلك توحيد السُمك، وتوحيد المنشطات، ومعدل الخلل، ومعدل النمو)، وأداء درجة حرارة المعدات (بما في ذلك معدلات التسخين/التبريد، ودرجة الحرارة القصوى، وتوحيد درجة الحرارة )، والفعالية من حيث التكلفة (بما في ذلك سعر الوحدة والقدرة الإنتاجية).

الاختلافات بين ثلاثة أنواع من أفران النمو الفوقي من كربيد السيليكون

1. أنظمة الأمراض القلبية الوعائية الأفقية ذات الجدار الساخن:

-سمات:تتميز عمومًا بأنظمة نمو كبيرة الحجم لرقاقة مفردة مدفوعة بتدوير تعويم الغاز، مما يحقق مقاييس ممتازة داخل الرقاقة.

-نموذج تمثيلي:LPE's Pe1O6، قادر على تحميل/تفريغ الرقاقة آليًا عند درجة حرارة 900 درجة مئوية. معروف بمعدلات النمو المرتفعة، والدورات الفوقية القصيرة، والأداء المتسق داخل الرقاقة وفيما بينها.

-أداء:بالنسبة للرقاقات الفوقية 4H-SiC مقاس 4-6 بوصة بسماكة ≥30μm، فإنها تحقق سمكًا داخل الرقاقة غير متجانس ≥2%، وتركيز المنشطات غير منتظم ≥5%، وكثافة عيوب السطح ≥1 سم-²، وخالية من العيوب مساحة السطح (خلايا 2 مم × 2 مم) ≥90٪.

-المصنعين المحليين: قامت شركات مثل Jingsheng Mechatronics، وCETC 48، وNorth Huachuang، وNassset Intelligent بتطوير معدات فوقية مماثلة من SiC أحادية الرقاقة مع إنتاج متزايد.

2. أنظمة الأمراض القلبية الوعائية الكوكبية ذات الجدار الدافئ:

-سمات:استخدم قواعد الترتيب الكوكبي لنمو الرقائق المتعددة لكل دفعة، مما يؤدي إلى تحسين كفاءة الإنتاج بشكل كبير.

-نماذج تمثيلية:سلسلة Aixtron's AIXG5WWC (8x150mm) وG10-SiC (9x150mm أو 6x200mm).

-أداء:بالنسبة للرقائق الفوقية 4H-SiC مقاس 6 بوصة بسمك ≥10μm، فإنها تحقق انحرافًا في السُمك بين الرقاقات ±2.5%، وعدم انتظام السُمك داخل الرقاقة 2%، وانحراف تركيز التشويب بين الرقاقات ±5%، والتشويب داخل الرقاقة عدم انتظام التركيز <2%.

-التحديات:اعتماد محدود في الأسواق المحلية بسبب نقص بيانات الإنتاج المجمع، والعوائق الفنية في التحكم في درجة الحرارة والتدفق الميداني، والبحث والتطوير المستمر دون تنفيذ على نطاق واسع.

3. أنظمة الأمراض القلبية الوعائية العمودية ذات الجدار شبه الساخن:

- سمات:استخدم المساعدة الميكانيكية الخارجية لتدوير الركيزة عالي السرعة، مما يقلل من سماكة الطبقة الحدودية ويحسن معدل النمو الفوقي، مع المزايا الكامنة في التحكم في العيوب.

- نماذج تمثيلية:رقاقة Nuflare المفردة EPIREVOS6 وEPIREVOS8.

-أداء:يحقق معدلات نمو تزيد عن 50μm/h، والتحكم في كثافة عيوب السطح أقل من 0.1 سم-²، وسمك الرقاقة الداخلية وعدم انتظام تركيز المنشطات بنسبة 1% و2.6% على التوالي.

-التنمية المحلية:وقد صممت شركات مثل Xingsandai وJingsheng Mechatronics معدات مماثلة ولكنها لم تحقق الاستخدام على نطاق واسع.

ملخص

يتميز كل نوع من الأنواع الهيكلية الثلاثة لمعدات النمو الفوقي من كربيد السيليكون بخصائص مميزة ويحتل قطاعات محددة من السوق بناءً على متطلبات التطبيق. يوفر نظام CVD الأفقي ذو الجدار الساخن معدلات نمو فائقة السرعة وجودة متوازنة وتوحيدًا، ولكنه يتمتع بكفاءة إنتاج أقل بسبب معالجة الرقاقة المفردة. يعمل نظام CVD الكوكبي ذو الجدار الدافئ على تحسين كفاءة الإنتاج بشكل كبير ولكنه يواجه تحديات في التحكم في اتساق الرقاقات المتعددة. تتفوق أمراض القلب والأوعية الدموية العمودية شبه الساخنة في التحكم في العيوب من خلال بنية معقدة وتتطلب صيانة واسعة النطاق وخبرة تشغيلية.

مع تطور الصناعة، سيؤدي التحسين والتحديث التكراري في هياكل المعدات هذه إلى تكوينات محسنة بشكل متزايد، مما يؤدي إلى لعب أدوار حاسمة في تلبية مواصفات الرقاقة الفوقية المتنوعة فيما يتعلق بمتطلبات السُمك والعيوب.

مزايا وعيوب أفران النمو الفوقي المختلفة من كربيد السيليكون

ومع التطوير المستمر للصناعة، ستخضع هذه الأنواع الثلاثة من المعدات لتحسينات وتحديثات هيكلية متكررة، مما يؤدي إلى تكوينات محسنة بشكل متزايد تتوافق مع مواصفات الرقاقة الفوقية المختلفة فيما يتعلق بالسمك ومتطلبات العيوب.