Les substrats de carbure de silicium (SiC) sont intrinsèquement défectueux et ne peuvent pas être traités directement.Ils nécessitent la croissance de films minces monocristallins spécifiques par un processus épitaxial pour produire des plaquettes de pucesCette couche de film mince est connue sous le nom de couche épitaxielle.et la qualité du matériau homoépitaxial SiC est fondamentale pour le développement des dispositifs SiCLes performances du matériau épitaxial déterminent directement les performances réalisables des dispositifs SiC.

Pour les dispositifs SiC à courant élevé et à haute fiabilité, les matériaux épitaxiaux doivent satisfaire à des exigences plus strictes en matière de morphologie de surface, de densité de défaut, d'uniformité de dopage,et l'uniformité de l'épaisseurLa grande taille, la faible densité de défauts et l'uniformité élevée de l'épitaxie du SiC sont devenus des défis clés pour la croissance de l'industrie du SiC.

Atteindre une qualité élevéeL'épitaxie du SiCLa méthode la plus couramment utilisée pour la croissance épitaxielle du SiC est la déposition chimique par vapeur (CVD), une technique qui permet un contrôle précis de l'épaisseur du film,concentration de dopageLa CVD a été commercialisée avec succès et est devenue une technologie fiable pour la production de dispositifs SiC.

Epitaxie du SiC par CVD: systèmes à paroi chaude par rapport aux systèmes à paroi chaude

L'épitaxie de la VCV SiC est généralement effectuée en utilisantparoi chaudeouà paroi chaudeCes systèmes fonctionnent à des températures de croissance élevées (1500 ̊1700°C) pour assurer la continuité de la structure cristalline 4H-SiC.Des systèmes de CVD ont été développés avec des chambres de réaction horizontales ou verticales, en fonction de la direction du débit de gaz entrant par rapport à la surface du substrat.

La qualité des réacteurs épitaxiaux au SiC est mesurée par trois indicateurs principaux:

1. Performance de la croissance épitaxienne: inclut l'uniformité de l'épaisseur, l'uniformité du dopage, la densité des défauts et le taux de croissance.

2. Performance à la température: Inclut les taux de chauffage/refroidissement, la température maximale et l'uniformité de température.

3. Résultats économiques: Comprend le prix unitaire et la capacité de production.

Comparaison des trois principaux réacteurs de croissance épitaxienne du SiC

Trois types de réacteurs épitaxiaux en SiC ont été déployés commercialement:CVD horizontale à paroi chaude,CVD planétaire à paroi chaude, etCVD verticale à paroi chaude procheChacun a ses propres caractéristiques, ce qui le rend adapté à des applications spécifiques.

1. Systèmes CVD horizontaux à paroi chaude:
   En général, ce système utilise un processus de croissance à plaquette unique à gaz flottant, adapté aux plaquettes de grand diamètre.LPE Pe1O6Le système d'échantillonnage à base d'huile d'olive d'Italie est un modèle représentatif.Jing Sheng mécanique et électrique,CETC 48,Huachuang du Nord, etNASSEont développé des systèmes similaires.

   Indicateurs de performance(tel que rapporté par LPE):

   • Uniformité d'épaisseur à travers la plaque ≤ 2%

   • Uniformité des concentrations de dopage ≤ 5%

   • Densité de défaut de surface ≤ 1 cm2

   • Surface sans défaut (2 mm x 2 mm) ≥ 90%

   En février 2023,Jing Sheng mécanique et électriqueIl a lancé uneSystème d'épitaxie SiC à double plaquette de 6 pouces, surmontant les limites des systèmes à une seule plaque en permettant la culture de deux plaques par chambre avec un contrôle indépendant du gaz pour chaque couche, réduisant les différences de température à moins de 5 °C.

2. Systèmes CVD planétaires à paroi chaude:
   Ces systèmes disposent d'un dispositif de base planétaire, permettant la croissance simultanée de plusieurs plaquettes, ce qui améliore considérablement l'efficacité de la production.Pour les appareils à commande numériqueune largeur de 8 × 150 mm etG10-SiCséries deAixtron(Allemagne).

   Indicateurs de performance(tel que rapporté par Aixtron):

   • Déviation d'épaisseur entre les plaquettes ± 2,5%

   • Uniformité d'épaisseur ≤ 2%

   • Déviation de la concentration de dopage entre les plaquettes ± 5%

   • Uniformité des concentrations de dopage < 2%

   Toutefois, ce système est moins utilisé en Chine, les données relatives à la production par lots étant insuffisantes et les obstacles techniques en matière de contrôle de la température et du débit étant élevés.Le développement national en est encore à l'étape de la R & D, et aucune alternative directe n'a été développée.

3. Systèmes CVD verticaux à paroi chaude proche:
   Ces systèmes utilisent un substrat tournant à grande vitesse avec une assistance mécanique externe.augmentant ainsi les taux de croissanceL'absence d'une paroi supérieure dans la chambre de réaction minimise le dépôt de particules de SiC, améliorant ainsi le contrôle des défauts.Épirevos6etÉpirevos8deNuflare(Japon) sont représentatifs.

   Indicateurs de performance(comme rapporté par Nuflare):

   • Taux de croissance supérieur à 50 μm/h

   • Densité de défaut de surface contrôlée inférieure à 0,1 cm2

   • Épaisseur et concentration de dopage homogènes à 1% et 2,6% respectivement

   Bien que cette technologie ait donné d'excellents résultats, elle n'a pas encore été largement adoptée en Chine et son utilisation à grande échelle reste limitée.Xin San Dai est unetJing Sheng mécanique et électriqueDes systèmes similaires ont été conçus, mais la technologie est encore en cours d'évaluation.

Résumé des types de réacteurs et de leurs applications

Les trois structures de réacteurs ont chacune leurs forces et leurs limites, répondant à des exigences spécifiques du marché:

• CVD horizontale à paroi chaudeConnu pour ses taux de croissance rapides, son excellente qualité et son uniformité, il est simple à utiliser et à entretenir, avec des procédés de production bien établis.mais l'efficacité peut être limitée en raison de l'exploitation d'une seule plaque et de la maintenance fréquente.

• CVD planétaire à paroi chaude: Prend en charge la croissance de plaquettes multiples dans une seule chambre, augmentant l'efficacité de la production, mais le contrôle de l'uniformité entre les plaquettes multiples reste un défi, affectant le rendement global.

• CVD verticale à paroi chaude proche: Il est caractérisé par un excellent contrôle des défauts et des taux de croissance élevés, mais sa structure complexe nécessite une maintenance avancée et une expertise opérationnelle, ce qui limite son adoption généralisée.

En conclusion, chaque type de réacteur joue un rôle important dans les différentes étapes de la production de dispositifs SiC, les choix étant influencés par des facteurs tels que l'échelle de production, le coût,et exigences spécifiques en matière de performanceAu fur et à mesure que l'industrie du SiC évolue, les progrès de la technologie épitaxielle continueront de façonner l'avenir des appareils SiC haute performance.