Los sustratos de carburo de silicio (SiC) son inherentemente defectuosos y no pueden procesarse directamente.Requieren el crecimiento de películas finas de cristal único específicas a través de un proceso epitaxial para producir obleas de chipEsta capa de película delgada se conoce como la capa epitaxial.y la calidad del material homoepitaxial SiC es fundamental para el desarrollo de dispositivos SiCEl rendimiento del material epitaxial determina directamente el rendimiento alcanzable de los dispositivos SiC.

Para los dispositivos de SiC de alta corriente y alta fiabilidad, los materiales epitaxiales deben cumplir requisitos más estrictos en cuanto a la morfología de la superficie, la densidad de defectos, la uniformidad del doping,y uniformidad de espesorEl gran tamaño, la baja densidad de defectos y la alta uniformidad de la epitaxia de SiC se han convertido en desafíos clave para el crecimiento de la industria de SiC.

Obtención de una calidad superiorEpitaxia de SiCEl método más comúnmente utilizado para el crecimiento epitaxial de SiC es la deposición química de vapor (CVD), una técnica que permite un control preciso del grosor de la película,concentración de dopajeLa CVD se ha comercializado con éxito y se ha convertido en una tecnología confiable para la producción de dispositivos SiC.

Epitaxia CVD de SiC: sistemas de pared caliente vs sistemas de pared caliente

La epitaxia de la enfermedad cardiovascular por SiC se realiza generalmente utilizandoPared calienteo biende pared calienteEstos sistemas operan a altas temperaturas de crecimiento (1500-1700°C) para garantizar la continuidad de la estructura cristalina de 4H-SiC.Se han desarrollado sistemas CVD con diseños de cámara de reacción horizontal o vertical, dependiendo de la dirección del flujo de gas entrante en relación con la superficie del sustrato.

La calidad de los reactores epitaxiales de SiC se mide mediante tres indicadores principales:

1. Rendimiento del crecimiento epitaxial: Incluye uniformidad de espesor, uniformidad de dopaje, densidad de defectos y tasa de crecimiento.

2. Rendimiento a temperatura: Incluye las velocidades de calefacción/enfriamiento, la temperatura máxima y la uniformidad de la temperatura.

3. Eficacia en términos de costes: Incluye el precio unitario y la capacidad de producción.

Comparación de los tres principales reactores de crecimiento epitaxial de SiC

Se han desplegado comercialmente tres tipos de reactores epitaxiales de SiC:CVD horizontal de pared caliente,Enfermedad cardiovascular planetaria de pared caliente, yCVD vertical de pared casi calienteCada uno tiene sus propias características, lo que lo hace adecuado para aplicaciones específicas.

1. Sistemas de CVD horizontales de pared caliente:
   Por lo general, este sistema utiliza un proceso de crecimiento de una sola oblea impulsado por gas flotante, adecuado para oblas de gran diámetro.LPE Pe1O6En el caso de las plaquetas, el uso de un sistema similar a la de Italia es un modelo representativo.Jing Sheng Mecánica y eléctrica,CETC 48,Norte de Huachuang, yNASEhan desarrollado sistemas similares.

   Métricas de rendimiento(según lo informado por LPE):

   • Uniformidad del grosor en la oblea ≤ 2%

   • Uniformidad de la concentración de dopaje ≤ 5%

   • Densidad de defecto superficial ≤ 1 cm2

   • Superficie libre de defectos (unidad de 2 mm x 2 mm) ≥ 90%

   En febrero de 2023,Jing Sheng Mecánica y eléctricaLa Comisión ha puesto en marcha unaSistema de epitaxia SiC de dos obleas de 6 pulgadas, superando las limitaciones de los sistemas de una sola oblea al permitir que se cultiven dos oblea por cámara con control de gas independiente para cada capa, reduciendo las diferencias de temperatura a menos de 5 °C.

2. Sistemas de CVD planetarios de pared caliente:
   Estos sistemas cuentan con una disposición de base planetaria, lo que permite el crecimiento de múltiples obleas simultáneamente, mejorando significativamente la eficiencia de producción.Las condiciones de los productos de la categoría A se aplican a los productos de la categoría A.con una anchura superior a 0,01 mm,G10-SiCserie deAixtron(Alemania).

   Métricas de rendimiento(según lo informado por Aixtron):

   • Desviación del grosor entre las obleas ± 2,5%

   • Uniformidad del grosor ≤ 2%

   • Desviación de la concentración de dopaje entre las obleas ± 5%

   • Uniformidad de la concentración de dopaje < 2%

   Sin embargo, este sistema se utiliza con menos frecuencia en China, con datos de producción por lotes insuficientes y altas barreras técnicas en el control de la temperatura y el flujo.El desarrollo nacional está todavía en la fase de I+D, y no se ha desarrollado ninguna alternativa directa.

3. Sistemas CVD verticales de pared cercana a la temperatura:
   Estos sistemas utilizan un sustrato giratorio de alta velocidad con asistencia mecánica externa.aumentando así las tasas de crecimientoLa ausencia de una pared superior en la cámara de reacción minimiza la deposición de partículas de SiC, mejorando el control de defectos.EPIREVOS6yEPIREVOS8desdeNuflare(Japón) son modelos representativos.

   Métricas de rendimiento(según lo informado por Nuflare):

   • Rate de crecimiento superior a 50 μm/h

   • Densidad de defecto superficial controlada por debajo de 0,1 cm2

   • Uniformidad del espesor y de la concentración de dopante dentro del 1% y del 2,6% respectivamente

   Aunque esta tecnología ha dado excelentes resultados, todavía no ha sido ampliamente adoptada en China y su uso a gran escala sigue siendo limitado.Xin San DaiyJing Sheng Mecánica y eléctricaLos Estados miembros han diseñado sistemas similares, pero la tecnología está todavía en fase de evaluación.

Resumen de los tipos de reactores y sus aplicaciones

Cada una de las tres estructuras de reactores tiene sus puntos fuertes y sus limitaciones, satisfaciendo las demandas específicas del mercado:

• CVD horizontal de pared caliente: Conocido por sus rápidas tasas de crecimiento, excelente calidad y uniformidad, es simple de operar y mantener, con procesos de producción bien establecidos,pero la eficiencia puede ser limitada debido a la operación de una sola oblea y el mantenimiento frecuente.

• Enfermedad cardiovascular planetaria de pared caliente: Apoya el crecimiento de múltiples obleas en una sola cámara, aumentando la eficiencia de producción, pero el control de la uniformidad entre múltiples obleas sigue siendo un desafío, lo que afecta el rendimiento general.

• CVD vertical de pared casi caliente: Se caracteriza por un excelente control de defectos y altas tasas de crecimiento, pero su compleja estructura requiere un mantenimiento avanzado y experiencia operativa, lo que limita su adopción generalizada.

En conclusión, cada tipo de reactor desempeña un papel importante en diferentes etapas de la producción de dispositivos de SiC, y las opciones están influenciadas por factores como la escala de producción, el costo, la capacidad de producción y la capacidad de producción.y requisitos de rendimiento específicosA medida que la industria del SiC evoluciona, los avances en la tecnología epitaxial seguirán dando forma al futuro de los dispositivos de SiC de alto rendimiento.