การเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบสนามความร้อนสำหรับเตา SiC epitaxial (เครื่องปฏิกรณ์ CVD ผนังร้อน)

วัตถุประสงค์หลักคือการบรรลุความสม่ำเสมอของอุณหภูมิพื้นผิวเวเฟอร์ (≤±0.5–5°C) และความเสถียรของสนามอุณหภูมิ/การไหล ซึ่งจะช่วยปรับปรุงความสม่ำเสมอของความหนาของชั้น epitaxis (<3%) ความสม่ำเสมอของสารเติมแต่ง (<8%) ลดความหนาแน่นของข้อบกพร่อง และเพิ่มอัตราการเติบโต (>60 μm/h)

ความก้าวหน้าล่าสุดในการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการ SiC epitaxy ได้มุ่งเน้นไปที่การจัดการระบายความร้อน การเพิ่มประสิทธิภาพหลายพารามิเตอร์ การจำลองโดยใช้ AI การควบคุมการไหลของก๊าซ และการอัพเกรดโครงสร้างเครื่องปฏิกรณ์ การพัฒนาเหล่านี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อปรับปรุงความสม่ำเสมอของชั้นเอพิเทเชียล ประสิทธิภาพการเติบโต การควบคุมข้อบกพร่อง และความสามารถในการปรับขนาดทางอุตสาหกรรมแผ่นเวเฟอร์ขนาดใหญ่

การสร้างแบบจำลองการนำความร้อนของวัสดุฉนวน

ทิศทางการวิจัยที่สำคัญประการหนึ่งคือการสร้างแบบจำลองการนำความร้อนของกราไฟท์ที่เป็นเส้นใยซึ่งใช้ในเครื่องปฏิกรณ์อีพิแทกซี แบบจำลองการวิเคราะห์ขั้นสูงได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่อประเมินการนำความร้อนที่ปรากฏในขณะที่พิจารณาองค์ประกอบของก๊าซ ความดันในห้องเพาะเลี้ยง และอุณหภูมิในการทำงาน ภายใต้สภาวะก๊าซตัวพาที่อุดมด้วยไฮโดรเจน การถ่ายเทความร้อนในเฟสก๊าซจะกลายเป็นกลไกการถ่ายเทความร้อนหลัก การศึกษาแสดงให้เห็นว่าการลดความดันในห้องเพาะเลี้ยงจาก 100 มิลลิบาร์เป็น 1.5 มิลลิบาร์ จะช่วยลดพลังงานความร้อนที่ต้องการลงอย่างมาก แบบจำลองเหล่านี้ยังช่วยให้คาดการณ์การกระจายของอุณหภูมิได้แม่นยำยิ่งขึ้นทั่วทั้งบริเวณเครื่องปฏิกรณ์ที่แตกต่างกัน ซึ่งช่วยป้องกันการสะสมที่ไม่สม่ำเสมอซึ่งเกิดจากการแปรผันของอุณหภูมิภายนอกพื้นที่เวเฟอร์ แม้ว่าอุณหภูมิของซับสเตรตจะคงที่ก็ตาม

การเพิ่มประสิทธิภาพพารามิเตอร์หลายวัตถุประสงค์โดยใช้ FEM และการเรียนรู้ของเครื่อง

ความก้าวหน้าครั้งสำคัญอีกประการหนึ่งผสมผสานการสร้างแบบจำลองไฟไนต์เอลิเมนต์ (FEM) เข้ากับอัลกอริธึมการเรียนรู้ของเครื่องเพื่อการเพิ่มประสิทธิภาพแบบหลายวัตถุประสงค์ พารามิเตอร์กระบวนการที่สำคัญ ได้แก่ อัตราการไหลของก๊าซทั้งหมด อุณหภูมิการเติบโต ความดันในห้องเพาะเลี้ยง ความเร็วในการหมุนของตัวรับ และการออกแบบการจ่ายก๊าซ วิธีการเพิ่มประสิทธิภาพ เช่น โมเดลตัวแทน MOPSO, NSGA-II และ SVM ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าความสม่ำเสมอของความหนาสามารถปรับปรุงได้ประมาณ 30% ในขณะที่การปรับให้เหมาะสมด้านหน้า Pareto บรรลุทั้งอัตราการเติบโตสูงและค่าสัมประสิทธิ์การเปลี่ยนแปลงต่ำไปพร้อมๆ กัน โดยทั่วไปแล้วหน้าต่างกระบวนการที่เหมาะสมจะพบได้ที่อุณหภูมิการเติบโต 1,450–1,500°C ความดันในห้องเพาะเลี้ยง 80–100 มิลลิบาร์ ความเร็วในการหมุนของตัวรับที่สูงกว่า 60 รอบต่อนาที และอัตราส่วนก๊าซเข้าที่ไม่สมมาตร เช่น 5:16:5

การจำลองมัลติฟิสิกส์ชั่วคราวผสมผสานกับการเรียนรู้ของเครื่อง

การศึกษาล่าสุดยังรวมการจำลอง CFD ชั่วคราวเข้ากับเทคนิคการเรียนรู้ของเครื่องเพื่อเร่งการปรับกระบวนการให้เหมาะสม โมเดล CFD ควบคู่ความร้อน-ไหล-เคมีรวมกับโครงข่ายประสาทเทียม ACO-BPNN ถูกนำมาใช้เพื่อปรับอุณหภูมิการสะสม การไหลของก๊าซทางเข้า ความเร็วในการหมุน และความดันห้องเพาะเลี้ยงให้เหมาะสม การตรวจสอบความถูกต้องของการทดลองแสดงให้เห็นถึงข้อตกลงที่ยอดเยี่ยมระหว่างการจำลองและผลลัพธ์ในทางปฏิบัติ โดยมีค่าเบี่ยงเบนการคาดการณ์เพียง 4.03% สำหรับอัตราการเติบโต และ 0.49% สำหรับความสม่ำเสมอ แนวทางนี้ช่วยลดระยะเวลาการพัฒนาและการปรับให้เหมาะสมลงอย่างมาก และเหมาะอย่างยิ่งสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ CVD ผนังร้อนแนวนอน

การเพิ่มประสิทธิภาพสนามการไหลของก๊าซและอุณหภูมิ

การเพิ่มประสิทธิภาพของการไหลของก๊าซและการกระจายสนามความร้อนยังคงมีความสำคัญต่อการเติบโตของ epitaxy SiC คุณภาพสูง ภายใต้สภาวะที่ได้รับการปรับปรุง รวมถึงอัตราการไหลของ H₂ 100 slm อัตราส่วนการแยกการไหล 20:60:20 (ด้านข้าง:ศูนย์กลาง:ด้านข้าง) อัตราส่วน C/Si 0.95 อุณหภูมิการเจริญเติบโตที่ 1610°C และการหมุนตัวรับ นักวิจัยประสบความสำเร็จในด้านสนามการไหลแบบขนานที่มีความเสถียรสูงและการกระจายอุณหภูมิที่สม่ำเสมอ การไล่ระดับอุณหภูมิพื้นผิวเวเฟอร์ลดลงเหลือเพียง 19.3°C นอกจากนี้ความสม่ำเสมอของการเติมไนโตรเจนยังสูงถึง 3.35–4.85% ในขณะที่ข้อบกพร่องของคริสตัลลดลงอย่างมีนัยสำคัญเหลือ 28 ข้อบกพร่องทั้งหมด รวมถึงข้อบกพร่องรูปสามเหลี่ยมเพียง 8 รายการและการเคลื่อนที่ของระนาบฐาน 6 (BPD)

การวนซ้ำโครงสร้างอุปกรณ์และการทำให้เป็นอุตสาหกรรม

การอัพเกรดเครื่องปฏิกรณ์ระดับอุตสาหกรรมระหว่างปี 2023 ถึง 2026 มุ่งเน้นไปที่ระบบฉีดแก๊สแยกแนวตั้ง การทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำหลายโซน ความเข้ากันได้กับการกำหนดค่าทั้งเวเฟอร์เดี่ยวและเวเฟอร์คู่สำหรับเวเฟอร์ขนาด 6-12 นิ้ว และการออกแบบส่วนประกอบกราไฟท์ใหม่พร้อมการบำรุงรักษาเชิงป้องกันอัตโนมัติ (PM) การปรับปรุงโครงสร้างเหล่านี้ทำให้กระบวนการ SiC epitaxy ขนาด 8 นิ้วและ 12 นิ้วสามารถบรรลุความหนาไม่สม่ำเสมอที่ต่ำกว่า 3% และการเปลี่ยนแปลงของสารต้องห้ามต่ำกว่า 8% นอกจากนี้ การปนเปื้อนของอนุภาคยังลดลงประมาณ 50% เวลาหยุดทำงานเพื่อการบำรุงรักษาลดลง 30% และการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่ควบคุมภายใน ±5°C ในระบบเวเฟอร์คู่

ข้อสรุปที่สำคัญสามประการ

1. การจำลอง + การเรียนรู้ของเครื่องกลายเป็นวิธีการหลักในการเพิ่มประสิทธิภาพสนามความร้อน: ด้วยการควบรวมสนามเทอร์โม-ของไหล-เคมีผ่าน CFD/FEM และผสมผสานกับ ACO-BPNN หรือ MOPSO/NSGA-II จึงสามารถพบพารามิเตอร์ Pareto ที่เหมาะสมที่สุดได้ภายในไม่กี่สัปดาห์ (แทนที่จะเป็นการทดลองและข้อผิดพลาดแบบเดิม) ปรับปรุงความหนา/ความสม่ำเสมอของสารต้องห้ามได้อย่างมีนัยสำคัญมากกว่า 30% และลดต้นทุนการทดลอง นี่เป็นเครื่องมือสำคัญสำหรับการเติบโตแบบอีพิแทกเซียลขนาดใหญ่ของ SiC ขนาด 8–12 นิ้ว

2. ไม่สามารถละเลยอิทธิพลของเฟสก๊าซ (ความดัน H₂/องค์ประกอบ) ภายในสักหลาดของฉนวนต่อค่าการนำความร้อนที่ปรากฏได้: ที่อุณหภูมิ H₂ สูง การถ่ายเทความร้อนในเฟสก๊าซมีความสำคัญ และการเปลี่ยนแปลงของความดัน/อัตราการไหลของสารตั้งต้นจะเปลี่ยนแปลงการกระจายอุณหภูมิโดยรวมของเครื่องปฏิกรณ์ แบบจำลองการวิเคราะห์ล่าสุดสามารถฝังลงใน CFD ได้โดยตรงเพื่อให้คาดการณ์พลังงานได้อย่างแม่นยำและควบคุมสนามความร้อนแบบวงปิด ซึ่งเป็นแกนหลักของประสิทธิภาพสูง การประหยัดพลังงาน และความสม่ำเสมอในเตาผิงที่ใช้ความร้อน

3. การเปลี่ยนไปใช้ขนาดที่ใหญ่ขึ้น (8–12 นิ้ว) ต้องใช้นวัตกรรมด้านโครงสร้าง: อุปกรณ์ภายในประเทศมีอุณหภูมิพื้นผิวเวเฟอร์ ≤ ±0.5°C และความแตกต่างของอุณหภูมิแบบเวเฟอร์คู่ ≤ 5°C ผ่านทางช่องอากาศเข้าแบบแยกแนวตั้ง การควบคุมอุณหภูมิแบบหลายโซน และการเพิ่มประสิทธิภาพตัวรับ ความสม่ำเสมอของความหนา/การเติมสารต้องห้ามได้ก้าวไปสู่ระดับชั้นนำระดับสากล ซึ่งสนับสนุนการลดต้นทุนโดยตรงและเพิ่มกำลังการผลิตเป็นสองเท่า Hotwall แนวนอน + ตัวรับแบบหมุนยังคงเป็นกระแสหลัก และไม่มีข้อโต้แย้งที่ชัดเจน

Semicorex นำเสนอคุณภาพสูงส่วนประกอบในกระบวนการเอพิแทกเซียล. หากคุณมีข้อสงสัยหรือต้องการรายละเอียดเพิ่มเติม โปรดอย่าลังเลที่จะติดต่อเรา

โทรศัพท์ติดต่อ # +86-13567891907

อีเมล์: sales@semicorex.com