Оптимизација дизајна термичког поља за СиЦ епитаксијалну пећ (ЦВД реактор са врућим зидом)

Основни циљ је да се постигне униформност температуре површине плочице (≤±0,5–5℃) и стабилност поља температуре/протока, чиме се побољшава униформност дебљине епитаксијалног слоја (<3%), униформност допинга (<8%), смањење густине дефеката и повећање брзине раста (>60 μм/х).

Недавни напредак у оптимизацији процеса епитаксије СиЦ фокусиран је на управљање топлотом, оптимизацију са више параметара, симулацију уз помоћ вештачке интелигенције, регулацију протока гаса и надоградњу структуре реактора. Ови развоји имају за циљ да побољшају униформност епитаксијалног слоја, ефикасност раста, контролу дефеката и индустријску скалабилност великих плоча.

Моделирање топлотне проводљивости изолационих материјала

Један важан правац истраживања је моделирање топлотне проводљивости фиброзног графитног филца који се користи у епитаксијским реакторима. Развијени су напредни аналитички модели за процену привидне топлотне проводљивости узимајући у обзир састав гаса, притисак у комори и радну температуру. У условима носећег гаса богатог водоником, пренос топлоте у гасној фази постаје доминантан механизам за пренос топлоте. Истраживања показују да смањење притиска у комори са 100 мбар на 1,5 мбар значајно смањује потребну снагу грејања. Ови модели такође омогућавају прецизније предвиђање дистрибуције температуре у различитим регионима реактора, помажући да се спречи неуједначеност таложења узрокована температурним варијацијама изван подручја плочице чак и када температура подлоге остане константна.

Оптимизација вишеструких параметара коришћењем ФЕМ-а и машинског учења

Још једно велико откриће комбинује моделирање коначних елемената (ФЕМ) са алгоритмима машинског учења за оптимизацију са више циљева. Кључни параметри процеса укључују укупну брзину протока гаса, температуру раста, притисак у комори, брзину ротације пријемника и дизајн дистрибуције гаса. Приступи оптимизације као што су МОПСО, НСГА-ИИ и СВМ сурогат модели су широко прихваћени. Резултати показују да се униформност дебљине може побољшати за приближно 30%, док Парето-фронт оптимизација истовремено постиже и високе стопе раста и низак коефицијент варијације. Оптимални процесни прозори се обично налазе при температурама раста од 1450–1500°Ц, притисцима у комори од 80–100 мбар, брзинама ротације пријемника изнад 60 о/мин и асиметричним односима улаза гаса као што је 5:16:5.

Трансиент Мултипхисицс Симулатион у комбинацији са машинским учењем

Недавне студије такође интегришу пролазне ЦФД симулације са техникама машинског учења како би се убрзала оптимизација процеса. Термо-проток-хемијски спојени ЦФД модели у комбинацији са АЦО-БПНН неуронским мрежама се користе за оптимизацију температуре таложења, протока улазног гаса, брзине ротације и притиска у комори. Експериментална валидација показује одлично слагање између симулације и практичних резултата, са одступањима предвиђања од само 4,03% за стопу раста и 0,49% за униформност. Овај приступ значајно скраћује циклусе развоја и оптимизације и посебно је погодан за хоризонталне топлозидне ЦВД реакторе.

Оптимизација поља протока и температуре гаса

Оптимизација дистрибуције протока гаса и топлотног поља остаје критична за висококвалитетни раст СиЦ епитаксије. Под оптимизованим условима, укључујући брзину протока Х₂ од 100 слм, однос поделе протока од 20:60:20 (страна:центар:страна), однос Ц/Си од 0,95, температуру раста од 1610°Ц и ротацију пријемника, истраживачи су постигли високо стабилно паралелно поље протока и уједначену расподелу температуре. Градијент температуре површине плочице је смањен на само 19,3°Ц. Поред тога, униформност допинга азотом достигла је 3,35–4,85%, док су кристални дефекти значајно смањени на 28 укупних дефеката, укључујући само 8 троугластих дефеката и 6 дислокација базалне равни (БПД).

Итерација структуре опреме и индустријализација

Надоградње реактора индустријског обима између 2023. и 2026. углавном се фокусирају на вертикалне системе за убризгавање гаса, вишезонско индукционо грејање, компатибилност са конфигурацијама са једном и двоструком вафером за плочице од 6–12 инча и редизајн графитних компоненти са аутоматизованим превентивним одржавањем (ПМ). Ова структурна побољшања су омогућила процесе епитаксије СиЦ од 8 инча и 12 инча да постигну неуједначеност дебљине испод 3% и варијацију допинга испод 8%. Штавише, контаминација честицама је смањена за приближно 50%, време застоја у одржавању је скраћено за 30%, а варијација температуре је контролисана унутар ±5°Ц у системима са двоструком плочицом.

Три кључна закључка

1. Симулација + машинско учење је постало главна метода за оптимизацију термичког поља: спајањем термо-течног хемијског поља преко ЦФД/ФЕМ и комбиновањем са АЦО-БПНН или МОПСО/НСГА-ИИ, оптимални Парето параметри се могу пронаћи у року од неколико недеља (уместо од традиционалног побољшања3 дебљине/грешке) смањење трошкова експеримента. Ово је суштински алат за велики епитаксијални раст 8-12-инчног СиЦ-а.

2. Утицај гасне фазе (Х₂ притисак/састав) унутар изолационог филца на привидну топлотну проводљивост се не може занемарити: При високим температурама Х₂, пренос топлоте гасне фазе је доминантан, а промене у притиску/брзини протока прекурсора ће променити укупну дистрибуцију температуре у реактору. Најновији аналитички модели могу се директно уградити у ЦФД да би се постигло прецизно предвиђање снаге и контрола топлотног поља затворене петље, што је срж високе ефикасности, уштеде енергије и униформности у термалним каминама.

3. Прелазак на веће величине (8–12 инча) захтева структуралне иновације: Домаћа опрема је постигла температуру површине вафера ≤ ±0,5℃ и температурну разлику са двоструком плочицом ≤ 5℃ кроз вертикални подељени усис ваздуха, контролу температуре у више зона и оптимизацију пријемника. Уједначеност дебљине/допинга достигла је водећи међународни ниво, директно подржавајући смањење трошкова и удвостручавање производних капацитета. Хоризонтални хотвалл + ротирајући сусцептор је и даље маинстреам и нема очигледне контроверзе.

Семицорек нуди висок квалитеткомпоненте у епитаксијалном процесу. Ако имате било каквих питања или су вам потребни додатни детаљи, не устручавајте се да нас контактирате.

Контакт телефон # +86-13567891907

Емаил: салес@семицорек.цом