SiC epitaksiaalahju soojusvälja disaini optimeerimine (kuumseinaline CVD reaktor)

Põhieesmärk on saavutada vahvli pinnatemperatuuri ühtlus (≤±0,5–5℃) ja temperatuuri/vooluvälja stabiilsus, parandades seeläbi epitaksiaalse kihi paksuse ühtlust (<3%), dopingu ühtlust (<8%), vähendades defektide tihedust ja suurendades kasvukiirust (>60 μm/h).

Hiljutised edusammud ränidioksiidi epitaksiprotsessi optimeerimisel on keskendunud soojusjuhtimisele, mitme parameetri optimeerimisele, tehisintellekti abil simulatsioonile, gaasivoolu reguleerimisele ja reaktori struktuuri uuendamisele. Nende arenduste eesmärk on parandada epitaksiaalse kihi ühtlust, kasvu efektiivsust, defektide kontrolli ja suurte vahvlite tööstuslikku mastaapsust.

Isolatsioonimaterjalide soojusjuhtivuse modelleerimine

Üks oluline uurimissuund on epitaksireaktorites kasutatava kiudgrafiitvildi soojusjuhtivuse modelleerimine. Näiva soojusjuhtivuse hindamiseks on välja töötatud täiustatud analüütilised mudelid, võttes arvesse gaasi koostist, kambri rõhku ja töötemperatuuri. Vesinikurikka kandegaasi tingimustes muutub gaasifaasiline soojusülekanne domineerivaks soojusülekandemehhanismiks. Uuringud näitavad, et kambri rõhu vähendamine 100 mbarilt 1,5 mbarile vähendab oluliselt vajalikku küttevõimsust. Need mudelid võimaldavad ka täpsemat prognoosida temperatuuri jaotust reaktori erinevates piirkondades, aidates ära hoida sadestumise ebaühtlust, mis on põhjustatud temperatuurimuutustest väljaspool vahvlipiirkonda, isegi kui substraadi temperatuur jääb konstantseks.

Mitme eesmärgi parameetrite optimeerimine FEM-i ja masinõppe abil

Teine oluline läbimurre ühendab lõplike elementide modelleerimise (FEM) masinõppe algoritmidega mitme eesmärgi optimeerimiseks. Protsessi peamised parameetrid hõlmavad gaasi koguvoolukiirust, kasvutemperatuuri, kambri rõhku, sustseptori pöörlemiskiirust ja gaasijaotuse disaini. Laialdaselt on kasutusele võetud sellised optimeerimisviisid nagu MOPSO, NSGA-II ja SVM-i asendusmudelid. Tulemused näitavad, et paksuse ühtlust saab parandada ligikaudu 30%, samas kui Pareto-fronti optimeerimine saavutab samaaegselt nii kõrge kasvumäära kui ka madala variatsioonikoefitsiendi. Optimaalsed protsessiaknad leitakse tavaliselt kasvutemperatuuridel 1450–1500 °C, kambri rõhul 80–100 mbar, sustseptori pöörlemiskiirustel üle 60 pööret minutis ja asümmeetriliste gaasi sisselaskevahekordade juures, näiteks 5:16:5.

Transientne multifüüsika simulatsioon kombineerituna masinõppega

Hiljutised uuringud integreerivad protsesside optimeerimise kiirendamiseks ka mööduvaid CFD-simulatsioone masinõppetehnikatega. Soojusvoolu-keemilise sidestatud CFD mudeleid koos ACO-BPNN närvivõrkudega kasutatakse sadestumise temperatuuri, sisselaskegaasi voolu, pöörlemiskiiruse ja kambri rõhu optimeerimiseks. Eksperimentaalne valideerimine näitab suurepärast kokkulepet simulatsiooni ja praktiliste tulemuste vahel, prognooside kõrvalekalded on kasvukiiruse puhul vaid 4,03% ja ühtluse puhul 0,49%. See lähenemisviis lühendab oluliselt arendus- ja optimeerimistsükleid ning sobib eriti hästi horisontaalsete kuumaseinaliste CVD-reaktorite jaoks.

Gaasivoolu ja temperatuurivälja optimeerimine

Gaasivoolu ja termilise välja jaotuse optimeerimine on kvaliteetse ränikarbiidi epitaksi kasvu jaoks kriitiline. Optimeeritud tingimustes, sealhulgas H₂ voolukiirus 100 slm, voolu jaotussuhe 20:60:20 (külg:keskkoht:külg), C/Si suhe 0,95, kasvutemperatuur 1610 °C ja sustseptori pöörlemine, saavutasid teadlased väga stabiilse paralleelse vooluvälja ja ühtlase temperatuurijaotuse. Vahvli pinnatemperatuuri gradient alandati vaid 19,3 °C-ni. Lisaks saavutas lämmastiku dopingu ühtlus 3, 35–4, 85%, samas kui kristallide defektid vähenesid märkimisväärselt 28 kogudefektini, sealhulgas ainult 8 kolmnurkset defekti ja 6 basaaltasandi nihestust (BPD).

Seadmete struktuuri iteratsioon ja industrialiseerimine

Tööstusliku mastaabiga reaktorite uuendused aastatel 2023–2026 keskenduvad peamiselt vertikaalse jaotatud gaasi sissepritsesüsteemidele, mitmetsoonilisele induktsioonküttele, ühilduvusele nii ühe- kui ka kahekihilise konfiguratsiooniga 6–12-tolliste vahvlite jaoks ning grafiitkomponentide ümberkujundusele koos automatiseeritud ennetava hooldusega (PM). Need struktuursed täiustused on võimaldanud 8- ja 12-tollistel SiC epitaksimisprotsessidel saavutada paksuse ebaühtlust alla 3% ja dopingu erinevust alla 8%. Lisaks on kahe vahvliga süsteemides osakeste saastumine vähenenud ligikaudu 50%, hooldusseisakuaeg lühenenud 30% ja temperatuuri kõikumine on kontrollitud ±5 °C piires.

Kolm peamist järeldust

1. Simulatsioon + masinõpe on muutunud soojusvälja optimeerimise peamiseks meetodiks: ühendades termo-vedelik-keemiavälja CFD/FEM-i kaudu ja kombineerides selle ACO-BPNN-i või MOPSO/NSGA-II-ga, saab optimaalsed Pareto parameetrid leida nädalatega (mitte traditsioonilise katse- ja veameetodiga, vähendades märkimisväärselt ühtlast paksust3). kulud. See on oluline tööriist 8–12-tollise SiC suuremahuliseks epitaksiaalseks kasvuks.

2. Isolatsioonivildi sees oleva gaasifaasi (H₂ rõhk/koostis) mõju näilisele soojusjuhtivusele ei saa tähelepanuta jätta: kõrgel H₂ temperatuuridel on domineeriv gaasifaasi soojusülekanne ja rõhu/prekursori voolukiiruse muutused muudavad reaktori üldist temperatuurijaotust. Uusimad analüütilised mudelid saab manustada otse CFD-sse, et saavutada täpne võimsuse ennustamine ja suletud ahelaga soojusvälja juhtimine, mis on termokaminate kõrge efektiivsuse, energiasäästu ja ühtluse tuum.

3. Üleminek suurematele suurustele (8–12 tolli) nõuab struktuurilist uuendust: koduseadmed on saavutanud vahvli pinnatemperatuuri ≤ ±0,5 ℃ ja kahe vahvli temperatuuri erinevuse ≤ 5 ℃ vertikaalse jagatud õhu sisselaskeava, mitmetsoonilise temperatuuri reguleerimise ja sustseptori optimeerimise abil. Paksus/dopingu ühtlus on saavutanud rahvusvahelise juhtiva taseme, toetades otseselt kulude vähendamist ja tootmisvõimsuse kahekordistamist. Horisontaalne kuummüür + pöörlev sustseptor on endiselt peavool ja ilmset poleemikat pole.

Semicorex pakub kõrget kvaliteetikomponendid epitaksiaalses protsessis. Kui teil on küsimusi või vajate lisateavet, võtke meiega kindlasti ühendust.

Kontakttelefon # +86-13567891907

E-post: sales@semicorex.com