SiC epitaksinės krosnies (karštasienio CVD reaktoriaus) šiluminio lauko projektavimo optimizavimas

Pagrindinis tikslas yra pasiekti plokštelės paviršiaus temperatūros vienodumą (≤ ± 0,5–5 ℃) ir temperatūros / srauto lauko stabilumą, taip pagerinant epitaksinio sluoksnio storio vienodumą (<3%), dopingo vienodumą (<8%), sumažinant defektų tankį ir padidinant augimo greitį (>60 μm/h).

Naujausi SiC epitaksijos proceso optimizavimo pasiekimai buvo skirti šilumos valdymui, kelių parametrų optimizavimui, AI padedamam modeliavimui, dujų srauto reguliavimui ir reaktoriaus struktūros atnaujinimui. Šiais patobulinimais siekiama pagerinti epitaksinio sluoksnio vienodumą, augimo efektyvumą, defektų kontrolę ir didelės plokštelės pramoninį mastelį.

Izoliacinių medžiagų šilumos laidumo modeliavimas

Viena svarbi tyrimų kryptis yra epitaksiniuose reaktoriuose naudojamo pluoštinio grafito veltinio šilumos laidumo modeliavimas. Buvo sukurti pažangūs analitiniai modeliai, skirti įvertinti tariamą šilumos laidumą, atsižvelgiant į dujų sudėtį, kameros slėgį ir darbo temperatūrą. Vandenilio turinčių nešančiųjų dujų sąlygomis dujų fazės šilumos perdavimas tampa dominuojančiu šilumos perdavimo mechanizmu. Tyrimai rodo, kad sumažinus kameros slėgį nuo 100 mbar iki 1,5 mbar, žymiai sumažėja reikiama šildymo galia. Šie modeliai taip pat leidžia tiksliau prognozuoti temperatūros pasiskirstymą skirtinguose reaktoriaus regionuose, o tai padeda išvengti nusėdimo nevienodumo, kurį sukelia temperatūros svyravimai už plokštelės srities, net kai substrato temperatūra išlieka pastovi.

Kelių tikslų parametrų optimizavimas naudojant FEM ir mašininį mokymąsi

Kitas svarbus laimėjimas sujungia baigtinių elementų modeliavimą (FEM) su mašininio mokymosi algoritmais, skirtais kelių objektų optimizavimui. Pagrindiniai proceso parametrai apima bendrą dujų srautą, augimo temperatūrą, kameros slėgį, suskeptoriaus sukimosi greitį ir dujų paskirstymo konstrukciją. Optimizavimo metodai, tokie kaip MOPSO, NSGA-II ir SVM surogatiniai modeliai, buvo plačiai pritaikyti. Rezultatai rodo, kad storio vienodumą galima pagerinti maždaug 30%, o Pareto fronto optimizavimas vienu metu pasiekia tiek aukštus augimo tempus, tiek mažą variacijos koeficientą. Optimalūs proceso langai paprastai aptinkami, kai augimo temperatūra yra 1450–1500 °C, kameros slėgis 80–100 mbar, suskeptoriaus sukimosi greitis viršija 60 aps./min. ir asimetrinis dujų įleidimo santykis, pvz., 5:16:5.

Trumpalaikis daugiafizikos modeliavimas kartu su mašininiu mokymusi

Naujausi tyrimai taip pat integruoja trumpalaikius CFD modeliavimus su mašininio mokymosi metodais, kad pagreitintų proceso optimizavimą. Šiluminio srauto ir cheminio ryšio CFD modeliai kartu su ACO-BPNN neuroniniais tinklais naudojami nusodinimo temperatūrai, įleidžiamų dujų srautui, sukimosi greičiui ir kameros slėgiui optimizuoti. Eksperimentinis patvirtinimas rodo puikų suderinimą tarp modeliavimo ir praktinių rezultatų, o prognozavimo nuokrypiai yra tik 4,03% augimo greičio ir 0,49% vienodumo. Šis metodas žymiai sutrumpina kūrimo ir optimizavimo ciklus ir ypač tinka horizontaliems karštosios sienelės CVD reaktoriams.

Dujų srauto ir temperatūros lauko optimizavimas

Dujų srauto ir šiluminio lauko pasiskirstymo optimizavimas išlieka labai svarbus aukštos kokybės SiC epitaksijos augimui. Optimizuotomis sąlygomis, įskaitant 100 slm H₂ srautą, srauto padalijimo santykį 20:60:20 (šonas: centras: šonas), C/Si santykį 0,95, augimo temperatūrą 1610 °C ir suskeptoriaus sukimąsi, mokslininkai pasiekė labai stabilų lygiagretų srauto lauką ir vienodą temperatūros pasiskirstymą. Plokščių paviršiaus temperatūros gradientas buvo sumažintas tik iki 19,3 ° C. Be to, azoto dopingo vienodumas siekė 3,35–4,85%, o kristalų defektai buvo žymiai sumažinti iki 28 bendrų defektų, įskaitant tik 8 trikampius defektus ir 6 bazinės plokštumos išnirimus (BPD).

Įrangos struktūros kartojimas ir industrializacija

Pramoninio masto reaktorių atnaujinimas 2023–2026 m. daugiausia susijęs su vertikaliomis padalintomis dujų įpurškimo sistemomis, kelių zonų indukciniu šildymu, suderinamumu su vienos plokštelės ir dviejų plokštelių konfigūracijomis, skirtomis 6–12 colių plokštelėms, ir grafito komponentų pertvarkymą su automatine prevencine priežiūra (PM). Dėl šių struktūrinių patobulinimų 8 colių ir 12 colių SiC epitaksijos procesai pasiekė, kad storio netolygumas būtų mažesnis nei 3%, o dopingo kitimas - mažesnis nei 8%. Be to, užterštumas dalelėmis sumažėjo maždaug 50%, techninės priežiūros prastovos sutrumpėjo 30%, o temperatūros svyravimai kontroliuojami ± 5 °C ribose dviejų plokštelių sistemose.

Trys pagrindinės išvados

1. Modeliavimas + mašininis mokymasis tapo pagrindiniu terminio lauko optimizavimo metodu: sujungus termo-skysčio-cheminį lauką per CFD/FEM ir sujungus jį su ACO-BPNN arba MOPSO/NSGA-II, optimalius Pareto parametrus galima rasti per kelias savaites (o ne tradiciniu bandymu ir (arba) eksperimento būdu sumažinant vienodumą3). išlaidas. Tai yra esminė priemonė didelio masto 8–12 colių SiC epitaksiniam augimui.

2. Negalima nepaisyti dujų fazės (H₂ slėgio / sudėties) izoliacijos veltinio viduje matomam šilumos laidumui: esant aukštai H₂ temperatūrai dujų fazės šilumos perdavimas yra dominuojantis, o slėgio / pirmtako srauto greičio pokyčiai pakeis bendrą reaktoriaus temperatūros pasiskirstymą. Naujausius analitinius modelius galima tiesiogiai integruoti į CFD, kad būtų galima tiksliai numatyti galią ir valdyti uždarą šiluminio lauko valdymą, kuris yra didelio efektyvumo, energijos taupymo ir vienodumo šiluminiuose židiniuose pagrindas.

3. Perėjimas prie didesnių dydžių (8–12 colių) reikalauja struktūrinių naujovių: buitinė įranga pasiekė plokštelės paviršiaus temperatūrą ≤ ±0,5 ℃ ir dviejų plokštelių temperatūrų skirtumą ≤ 5 ℃ dėl vertikalios padalijimo oro įleidimo angos, kelių zonų temperatūros valdymo ir susceptoriaus optimizavimo. Storis / dopingo vienodumas pasiekė tarptautinį pirmaujantį lygį, tiesiogiai remdamas sąnaudų mažinimą ir gamybos pajėgumų padvigubinimą. Horizontali karštoji siena + besisukantis susceptorius vis dar yra pagrindinis dalykas ir nėra akivaizdžių ginčų.

Semicorex siūlo aukštos kokybėsepitaksinio proceso komponentai. Jei turite klausimų ar reikia papildomos informacijos, nedvejodami susisiekite su mumis.

Telefonas pasiteirauti # +86-13567891907

paštas: sales@semicorex.com