炭化ケイ素（SiC）基板は本質的に欠陥があり、直接処理することはできません。チップウェーハを製造するには、エピタキシャルプロセスを通じて特定の単結晶薄膜を成長させる必要があります。この薄膜の層は、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で製造されており、SiCホモエピタキシャル材料の品質はSiCデバイスの開発に不可欠です。エピタキシャル材料の性能は、SiCデバイスで実現可能な性能を直接決定します。
高電流および高信頼性のSiCデバイスの場合、エピタキシャル材料は、表面形態、欠陥密度、ドーピング均一性、および厚さ均一性に関して、より厳しい要件を満たす必要があります。SiCエピタキシーの大サイズ、低欠陥密度、および高均一性は、SiC産業の成長における主要な課題となっています。
高品質のSiCエピタキシーの実現は、高度なプロセスと設備に依存しています。SiCエピタキシャル成長に最も一般的に使用される方法は、化学気相成長法（CVD）であり、薄膜厚さ、ドーピング濃度、最小限の欠陥、適度な成長速度、および自動プロセス制御を正確に制御できます。CVDは商業的に成功し、SiCデバイス製造のための信頼できる技術となっています。
SiC CVDエピタキシーは、一般的にホットウォールまたはウォームウォールCVDシステムを使用して実行されます。これらのシステムは、4H-SiC結晶構造の連続性を確保するために、高い成長温度（1500〜1700℃）で動作します。長年にわたり、CVDシステムは、基板表面に対する流入ガスの方向に応じて、水平または垂直反応チャンバー設計で開発されてきました。
SiCエピタキシャルリアクターの品質は、3つの主要な指標によって測定されます。
エピタキシャル成長性能: 厚さの均一性、ドーピングの均一性、欠陥密度、および成長速度が含まれます。
温度性能: 加熱/冷却速度、最高温度、および温度均一性が含まれます。
費用対効果: ユニット価格と生産能力が含まれます。
3種類のSiCエピタキシャルリアクターが商業的に展開されています：ホットウォール水平CVD、ウォームウォールプラネタリCVD、およびニアホットウォール垂直CVD。それぞれに独自の特性があり、特定の用途に適しています。以下は、各タイプの概要です。
ホットウォール水平CVDシステム:
通常、このシステムはガスフローティング駆動のシングルウェーハ成長プロセスを使用しており、大口径ウェーハに適しています。イタリアのLPE Pe1O6システムは代表的なモデルです。このシステムは、高い成長速度、短いエピタキシャルサイクル、およびウェーハ全体での優れた一貫性を実現できます。中国では、Jing Sheng Mechanical & Electrical、CETC 48、North Huachuang、およびNASEなどの企業が同様のシステムを開発しています。
性能指標（LPEの報告による）：
ウェーハ全体の厚さ均一性≤2％
ドーピング濃度均一性≤5％
表面欠陥密度≤1cm²
欠陥のない表面積（2mm x 2mmユニット）≥90％
2023年2月、Jing Sheng Mechanical & Electricalは、6インチデュアルウェーハSiCエピタキシーシステムを発売し、各層の独立したガス制御を備えた2つのウェーハをチャンバーごとに成長させることができ、温度差を5℃未満に抑えることで、シングルウェーハシステムの制限を克服しました。
ウォームウォールプラネタリCVDシステム:
これらのシステムは、プラネタリベースの配置を特徴とし、複数のウェーハを同時に成長させることができ、生産効率を大幅に向上させます。典型的なモデルは、Aixtron AIXG5WWC（8×150mm）およびAixtron（ドイツ）のG10-SiCシリーズです。
性能指標（Aixtronの報告による）：
ウェーハ間の厚さ偏差±2.5％
厚さ均一性≤2％
ウェーハ間のドーピング濃度偏差±5％
ドーピング濃度均一性<2％
ただし、このシステムは中国ではあまり一般的ではなく、十分なバッチ生産データがなく、温度と流量制御における高い技術的障壁があります。国内開発はまだR&D段階であり、直接的な代替品は開発されていません。
ニアホットウォール垂直CVDシステム:
これらのシステムは、外部機械的補助を備えた高速回転基板を使用しています。チャンバー圧力が低い状態で動作し、粘性層の厚さを減らし、成長速度を向上させます。反応チャンバーに上壁がないため、SiC粒子の堆積が最小限に抑えられ、欠陥制御が向上します。NuflareやEPIREVOS6およびEPIREVOS8が代表的なモデルです。
性能指標（Nuflareの報告による）：
成長速度50μm/h以上
表面欠陥密度0.1cm²以下に制御
厚さとドーピング濃度均一性はそれぞれ1％と2.6％以内
この技術は優れた結果を示していますが、中国ではまだ広く採用されておらず、大規模な使用は限られています。Xin San DaiやJing Sheng Mechanical & Electricalなどの国内メーカーが同様のシステムを設計していますが、技術はまだ評価中です。
3つのリアクター構造はそれぞれ長所と短所があり、特定の市場の需要に対応しています。
ホットウォール水平CVD: 高速成長速度、優れた品質、および均一性で知られています。操作とメンテナンスが簡単で、確立された生産プロセスがありますが、シングルウェーハ操作と頻繁なメンテナンスにより、効率が制限される可能性があります。
ウォームウォールプラネタリCVD: 1つのチャンバーで複数のウェーハの成長をサポートし、生産効率を向上させますが、複数のウェーハ全体での均一性制御は依然として課題であり、全体的な歩留まりに影響します。
ニアホットウォール垂直CVD: 優れた欠陥制御と高い成長速度を特徴としていますが、その複雑な構造には高度なメンテナンスと運用専門知識が必要であり、広範な採用を制限しています。
結論として、各リアクタータイプはSiCデバイス製造のさまざまな段階で重要な役割を果たしており、生産規模、コスト、および特定の性能要件などの要因によって選択が影響を受けます。SiC産業が進化するにつれて、エピタキシャル技術の進歩は、高性能SiCデバイスの未来を形作り続けるでしょう。
炭化ケイ素（SiC）基板は本質的に欠陥があり、直接処理することはできません。チップウェーハを製造するには、エピタキシャルプロセスを通じて特定の単結晶薄膜を成長させる必要があります。この薄膜の層は、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で製造されており、SiCホモエピタキシャル材料の品質はSiCデバイスの開発に不可欠です。エピタキシャル材料の性能は、SiCデバイスで実現可能な性能を直接決定します。
高電流および高信頼性のSiCデバイスの場合、エピタキシャル材料は、表面形態、欠陥密度、ドーピング均一性、および厚さ均一性に関して、より厳しい要件を満たす必要があります。SiCエピタキシーの大サイズ、低欠陥密度、および高均一性は、SiC産業の成長における主要な課題となっています。
高品質のSiCエピタキシーの実現は、高度なプロセスと設備に依存しています。SiCエピタキシャル成長に最も一般的に使用される方法は、化学気相成長法（CVD）であり、薄膜厚さ、ドーピング濃度、最小限の欠陥、適度な成長速度、および自動プロセス制御を正確に制御できます。CVDは商業的に成功し、SiCデバイス製造のための信頼できる技術となっています。
SiC CVDエピタキシーは、一般的にホットウォールまたはウォームウォールCVDシステムを使用して実行されます。これらのシステムは、4H-SiC結晶構造の連続性を確保するために、高い成長温度（1500〜1700℃）で動作します。長年にわたり、CVDシステムは、基板表面に対する流入ガスの方向に応じて、水平または垂直反応チャンバー設計で開発されてきました。
SiCエピタキシャルリアクターの品質は、3つの主要な指標によって測定されます。
エピタキシャル成長性能: 厚さの均一性、ドーピングの均一性、欠陥密度、および成長速度が含まれます。
温度性能: 加熱/冷却速度、最高温度、および温度均一性が含まれます。
費用対効果: ユニット価格と生産能力が含まれます。
3種類のSiCエピタキシャルリアクターが商業的に展開されています：ホットウォール水平CVD、ウォームウォールプラネタリCVD、およびニアホットウォール垂直CVD。それぞれに独自の特性があり、特定の用途に適しています。以下は、各タイプの概要です。
ホットウォール水平CVDシステム:
通常、このシステムはガスフローティング駆動のシングルウェーハ成長プロセスを使用しており、大口径ウェーハに適しています。イタリアのLPE Pe1O6システムは代表的なモデルです。このシステムは、高い成長速度、短いエピタキシャルサイクル、およびウェーハ全体での優れた一貫性を実現できます。中国では、Jing Sheng Mechanical & Electrical、CETC 48、North Huachuang、およびNASEなどの企業が同様のシステムを開発しています。
性能指標（LPEの報告による）：
ウェーハ全体の厚さ均一性≤2％
ドーピング濃度均一性≤5％
表面欠陥密度≤1cm²
欠陥のない表面積（2mm x 2mmユニット）≥90％
2023年2月、Jing Sheng Mechanical & Electricalは、6インチデュアルウェーハSiCエピタキシーシステムを発売し、各層の独立したガス制御を備えた2つのウェーハをチャンバーごとに成長させることができ、温度差を5℃未満に抑えることで、シングルウェーハシステムの制限を克服しました。
ウォームウォールプラネタリCVDシステム:
これらのシステムは、プラネタリベースの配置を特徴とし、複数のウェーハを同時に成長させることができ、生産効率を大幅に向上させます。典型的なモデルは、Aixtron AIXG5WWC（8×150mm）およびAixtron（ドイツ）のG10-SiCシリーズです。
性能指標（Aixtronの報告による）：
ウェーハ間の厚さ偏差±2.5％
厚さ均一性≤2％
ウェーハ間のドーピング濃度偏差±5％
ドーピング濃度均一性<2％
ただし、このシステムは中国ではあまり一般的ではなく、十分なバッチ生産データがなく、温度と流量制御における高い技術的障壁があります。国内開発はまだR&D段階であり、直接的な代替品は開発されていません。
ニアホットウォール垂直CVDシステム:
これらのシステムは、外部機械的補助を備えた高速回転基板を使用しています。チャンバー圧力が低い状態で動作し、粘性層の厚さを減らし、成長速度を向上させます。反応チャンバーに上壁がないため、SiC粒子の堆積が最小限に抑えられ、欠陥制御が向上します。NuflareやEPIREVOS6およびEPIREVOS8が代表的なモデルです。
性能指標（Nuflareの報告による）：
成長速度50μm/h以上
表面欠陥密度0.1cm²以下に制御
厚さとドーピング濃度均一性はそれぞれ1％と2.6％以内
この技術は優れた結果を示していますが、中国ではまだ広く採用されておらず、大規模な使用は限られています。Xin San DaiやJing Sheng Mechanical & Electricalなどの国内メーカーが同様のシステムを設計していますが、技術はまだ評価中です。
3つのリアクター構造はそれぞれ長所と短所があり、特定の市場の需要に対応しています。
ホットウォール水平CVD: 高速成長速度、優れた品質、および均一性で知られています。操作とメンテナンスが簡単で、確立された生産プロセスがありますが、シングルウェーハ操作と頻繁なメンテナンスにより、効率が制限される可能性があります。
ウォームウォールプラネタリCVD: 1つのチャンバーで複数のウェーハの成長をサポートし、生産効率を向上させますが、複数のウェーハ全体での均一性制御は依然として課題であり、全体的な歩留まりに影響します。
ニアホットウォール垂直CVD: 優れた欠陥制御と高い成長速度を特徴としていますが、その複雑な構造には高度なメンテナンスと運用専門知識が必要であり、広範な採用を制限しています。
結論として、各リアクタータイプはSiCデバイス製造のさまざまな段階で重要な役割を果たしており、生産規模、コスト、および特定の性能要件などの要因によって選択が影響を受けます。SiC産業が進化するにつれて、エピタキシャル技術の進歩は、高性能SiCデバイスの未来を形作り続けるでしょう。
