炭化ケイ素 (SiC) 基板には、直接処理を妨げる多数の欠陥があります。チップウェーハを作製するには、SiC基板上にエピタキシャルプロセスにより特定の単結晶膜を成長させる必要があります。この膜はエピタキシャル層として知られています。ほぼすべての SiC デバイスはエピタキシャル材料上で実現されており、高品質のホモエピタキシャル SiC 材料が SiC デバイス開発の基盤を形成します。エピタキシャル材料の性能は、SiC デバイスの性能を直接決定します。
大電流および高信頼性の SiC デバイスには、表面形態、欠陥密度、ドーピングの均一性、および厚さの均一性に対して厳しい要件が課されます。エピタキシャル材料。大型、低欠陥密度、高均一性の SiC エピタキシーを達成することは、SiC 産業の発展にとって重要になっています。
高品質の SiC エピタキシーの製造には、高度なプロセスと装置が必要です。現在、SiC エピタキシャル成長に最も広く使用されている方法は次のとおりです。化学蒸着 (CVD)。CVD は、エピタキシャル膜の厚さとドーピング濃度の正確な制御、低い欠陥密度、適度な成長速度、および自動化されたプロセス制御を提供するため、商用アプリケーションを成功させるための信頼できる技術となっています。
SiC CVDエピタキシー通常、ホットウォールまたはウォームウォール CVD 装置が使用されます。高い成長温度 (1500 ～ 1700°C) により、4H-SiC 結晶形が継続します。これらの CVD 装置の反応室は、ガスの流れ方向と基板表面との関係から水平構造と垂直構造に分類できます。
SiCエピタキシャル炉の品質は、主にエピタキシャル成長性能（膜厚均一性、ドーピング均一性、欠陥率、成長速度など）、装置の温度性能（加熱冷却速度、最高温度、温度均一性など）の3つの側面で判断されます。 ）、費用対効果（単価や生産能力を含む）。
3種類のSiCエピタキシャル成長炉の違い
1. ホットウォール横型CVDシステム:
-特徴:一般に、ガス浮上回転によって駆動される枚葉式大型成長システムを特徴としており、優れたウエハ内メトリクスを実現します。
-代表モデル:LPE の Pe1O6、900°C での自動ウェーハのロード/アンロードが可能。高い成長速度、短いエピタキシャル サイクル、一貫したウェーハ内および実行間のパフォーマンスで知られています。
-パフォーマンス:厚さ ≤ 30μm の 4 ～ 6 インチ 4H-SiC エピタキシャル ウェーハの場合、ウェーハ内厚さの不均一性 ≤ 2%、ドーピング濃度の不均一性 ≤ 5%、表面欠陥密度 ≤ 1 cm-²、および無欠陥を達成します。表面積 (2mm×2mm セル) ≥90%。
-国内メーカー：Jingsheng Mechatronics、CETC 48、North Huachuang、Nasset Intelligent などの企業は、生産規模を拡大した同様の枚葉式 SiC エピタキシャル装置を開発しました。
2. ウォームウォール遊星CVDシステム:
-特徴:遊星配置ベースを使用してバッチごとに複数のウェーハを成長させ、生産効率を大幅に向上させます。
-代表的な機種:Aixtron の AIXG5WWC (8x150mm) および G10-SiC (9x150mm または 6x200mm) シリーズ。
-パフォーマンス:厚さ10μm以下の6インチ4H-SiCエピタキシャルウェーハにおいて、ウェーハ間厚さ偏差±2.5%、ウェーハ内厚さ不均一性2%、ウェーハ間ドーピング濃度偏差±5%、ウェーハ内ドーピングを実現濃度の不均一性 <2%。
-課題:バッチ生産データの欠如、温度と流れ場の制御における技術的障壁、および大規模な導入を伴わない継続的な研究開発により、国内市場での採用は限られています。
3. 準ホットウォール縦型CVD装置:
- 特徴:外部の機械的支援を利用して基板を高速回転させ、境界層の厚さを減らし、エピタキシャル成長速度を向上させ、欠陥制御に固有の利点をもたらします。
- 代表的なモデル:ニューフレアの枚葉式EPIREVOS6とEPIREVOS8。
-パフォーマンス:50μm/hを超える成長速度、0.1cm-2未満の表面欠陥密度制御、ウェーハ内の厚さとドーピング濃度の不均一性それぞれ1%と2.6%を達成します。
-国内展開:Xingsandai や Jingsheng Mechatronics などの企業も同様の機器を設計しましたが、大規模な使用には至っていません。
まとめ
SiC エピタキシャル成長装置の 3 つの構造タイプはそれぞれ異なる特徴を持ち、アプリケーション要件に基づいて特定の市場セグメントを占めます。ホットウォール水平 CVD は、超高速の成長速度、バランスの取れた品質と均一性を提供しますが、枚葉式プロセスのため生産効率が低くなります。ウォームウォールプラネタリーCVDは生産効率を大幅に向上させますが、マルチウェーハの一貫性制御において課題に直面しています。準ホットウォール垂直 CVD は複雑な構造のため欠陥管理に優れており、豊富なメンテナンスと運用経験が必要です。
業界が進化するにつれて、これらの装置構造における反復的な最適化とアップグレードは、ますます洗練された構成につながり、厚さと欠陥の要件に関する多様なエピタキシャルウェーハ仕様を満たす上で重要な役割を果たすことになります。
各種SiCエピタキシャル成長炉のメリット・デメリット
| 炉の種類 | 利点 | 短所 | 代表的なメーカー |
| ホットウォール横型CVD | 成長速度が速く、構造がシンプルで、メンテナンスが簡単 | 短いメンテナンスサイクル | LPE（イタリア）、TEL（日本） |
| ウォームウォールプラネタリーCVD | 高い生産能力、効率的 | 複雑な構造、難しい一貫性制御 | エクストロン（ドイツ） |
| 準ホットウォール垂直CVD | 優れた欠陥管理、長いメンテナンスサイクル | 構造が複雑でメンテナンスが難しい | ヌーフレア（日本） |
業界の継続的な発展に伴い、これら 3 種類の装置は構造の最適化とアップグレードが繰り返され、厚さと欠陥の要件に関するさまざまなエピタキシャル ウェーハ仕様に適合する構成がますます洗練されていくことになります。
投稿日時: 2024 年 7 月 19 日