Pengoptimuman reka bentuk medan haba untuk relau epitaxial SiC (reaktor CVD dinding panas)

Objektif teras adalah untuk mencapai keseragaman suhu permukaan wafer (≤±0.5–5℃) dan kestabilan medan suhu/aliran, dengan itu meningkatkan keseragaman ketebalan lapisan epitaxial (<3%), keseragaman doping (<8%), mengurangkan ketumpatan kecacatan, dan meningkatkan kadar pertumbuhan (>60 μm/j).

Kemajuan terkini dalam pengoptimuman proses epitaksi SiC telah menumpukan pada pengurusan haba, pengoptimuman berbilang parameter, simulasi berbantukan AI, peraturan aliran gas dan peningkatan struktur reaktor. Perkembangan ini bertujuan untuk meningkatkan keseragaman lapisan epitaxial, kecekapan pertumbuhan, kawalan kecacatan, dan kebolehskalaan industri wafer besar.

Pemodelan Kekonduksian Terma Bahan Penebat

Satu hala tuju penyelidikan yang penting ialah pemodelan kekonduksian terma grafit berserabut yang dirasai digunakan dalam reaktor epitaksi. Model analisis lanjutan telah dibangunkan untuk menilai kekonduksian terma yang jelas sambil mempertimbangkan komposisi gas, tekanan ruang dan suhu operasi. Di bawah keadaan gas pembawa yang kaya dengan hidrogen, pemindahan haba fasa gas menjadi mekanisme pemindahan haba yang dominan. Kajian menunjukkan bahawa mengurangkan tekanan ruang daripada 100 mbar kepada 1.5 mbar dengan ketara mengurangkan kuasa pemanasan yang diperlukan. Model-model ini juga membolehkan ramalan taburan suhu yang lebih tepat di seluruh kawasan reaktor yang berbeza, membantu menghalang ketidakseragaman pemendapan yang disebabkan oleh variasi suhu di luar kawasan wafer walaupun suhu substrat kekal malar.

Pengoptimuman Parameter Pelbagai Objektif Menggunakan FEM dan Pembelajaran Mesin

Satu lagi kejayaan besar menggabungkan pemodelan elemen terhingga (FEM) dengan algoritma pembelajaran mesin untuk pengoptimuman berbilang objektif. Parameter proses utama termasuk jumlah kadar aliran gas, suhu pertumbuhan, tekanan ruang, kelajuan putaran susceptor dan reka bentuk pengedaran gas. Pendekatan pengoptimuman seperti model MOPSO, NSGA-II dan SVM telah diterima pakai secara meluas. Keputusan menunjukkan bahawa keseragaman ketebalan boleh dipertingkatkan sebanyak kira-kira 30%, manakala pengoptimuman Pareto-depan mencapai kedua-dua kadar pertumbuhan yang tinggi dan pekali variasi yang rendah secara serentak. Tingkap proses optimum biasanya ditemui pada suhu pertumbuhan 1450–1500°C, tekanan ruang 80–100 mbar, kelajuan putaran susceptor melebihi 60 rpm, dan nisbah masuk gas asimetri seperti 5:16:5.

Simulasi Multifizik Sementara Digabungkan dengan Pembelajaran Mesin

Kajian terbaru juga menyepadukan simulasi CFD sementara dengan teknik pembelajaran mesin untuk mempercepatkan pengoptimuman proses. Model CFD berganding aliran terma-kimia yang digabungkan dengan rangkaian saraf ACO-BPNN digunakan untuk mengoptimumkan suhu pemendapan, aliran gas masuk, kelajuan putaran dan tekanan ruang. Pengesahan eksperimen menunjukkan persetujuan yang sangat baik antara simulasi dan keputusan praktikal, dengan sisihan ramalan hanya 4.03% untuk kadar pertumbuhan dan 0.49% untuk keseragaman. Pendekatan ini memendekkan kitaran pembangunan dan pengoptimuman dengan ketara dan amat sesuai untuk reaktor CVD dinding panas mendatar.

Aliran Gas dan Pengoptimuman Medan Suhu

Pengoptimuman aliran gas dan pengagihan medan haba kekal kritikal untuk pertumbuhan epitaksi SiC berkualiti tinggi. Di bawah keadaan yang dioptimumkan, termasuk kadar aliran H₂ 100 slm, nisbah pemisahan aliran 20:60:20 (sisi: tengah: sisi), nisbah C/Si 0.95, suhu pertumbuhan 1610°C, dan putaran susceptor, penyelidik mencapai medan aliran selari yang sangat stabil dan taburan suhu seragam. Kecerunan suhu permukaan wafer dikurangkan kepada 19.3°C sahaja. Di samping itu, keseragaman doping nitrogen mencapai 3.35-4.85%, manakala kecacatan kristal dikurangkan dengan ketara kepada 28 jumlah kecacatan, termasuk hanya 8 kecacatan segi tiga dan 6 kehelan satah basal (BPD).

Lelaran dan Perindustrian Struktur Peralatan

Peningkatan reaktor skala industri antara 2023 dan 2026 tertumpu terutamanya pada sistem suntikan gas belah menegak, pemanasan aruhan berbilang zon, keserasian dengan konfigurasi wafer tunggal dan dwi-wafer untuk wafer 6–12 inci, dan reka bentuk semula komponen grafit dengan penyelenggaraan pencegahan automatik (PM). Penambahbaikan struktur ini telah membolehkan proses epitaksi SiC 8 inci dan 12 inci mencapai ketidakseragaman ketebalan di bawah 3% dan variasi doping di bawah 8%. Tambahan pula, pencemaran zarah telah dikurangkan sebanyak kira-kira 50%, masa henti penyelenggaraan dipendekkan sebanyak 30%, dan variasi suhu dikawal dalam ±5°C dalam sistem dwi-wafer.

Tiga Kesimpulan Utama

1. Simulasi + Pembelajaran Mesin Telah Menjadi Kaedah Aliran Utama untuk Pengoptimuman Medan Terma: Dengan menggabungkan medan termo-bendalir-kimia melalui CFD/FEM, dan menggabungkannya dengan ACO-BPNN atau MOPSO/NSGA-II, parameter Pareto yang optimum boleh didapati dalam beberapa minggu (bukannya percubaan dan kesilapan tradisional), meningkatkan ketebalan dan keseragaman merah30% dengan ketara berbanding kos penyeragaman merah30. Ini adalah alat penting untuk pertumbuhan epitaxial berskala besar SiC 8–12 inci.

2. Pengaruh Fasa Gas (Tekanan/Komposisi H₂) Di Dalam Penebat Dirasai Pada Kekonduksian Terma Yang Jelas Tidak Boleh Diabaikan: Pada suhu H₂ yang tinggi, pemindahan haba fasa gas adalah dominan, dan perubahan dalam tekanan/kadar aliran prekursor akan mengubah taburan suhu keseluruhan reaktor. Model analisis terkini boleh dibenamkan terus ke dalam CFD untuk mencapai ramalan kuasa yang tepat dan kawalan medan terma gelung tertutup, yang merupakan teras kecekapan tinggi, penjimatan tenaga dan keseragaman dalam pendiangan terma.

3. Peralihan kepada saiz yang lebih besar (8–12 inci) memerlukan inovasi struktur: Peralatan domestik telah mencapai suhu permukaan wafer ≤ ±0.5℃ dan perbezaan suhu dwi-wafer ≤ 5℃ melalui pengambilan udara belah menegak, kawalan suhu berbilang zon dan pengoptimuman susceptor. Keseragaman ketebalan/doping telah mencapai tahap terkemuka antarabangsa, secara langsung menyokong pengurangan kos dan menggandakan kapasiti pengeluaran. Hotwall mendatar + susceptor berputar masih menjadi arus perdana dan tidak ada kontroversi yang jelas.

Semicorex menawarkan kualiti tinggikomponen dalam proses epitaxial. Jika anda mempunyai sebarang pertanyaan atau memerlukan butiran tambahan, sila jangan teragak-agak untuk menghubungi kami.

Hubungi # telefon +86-13567891907

E-mel: sales@semicorex.com