ASM EPSILON 2000 E2000 外延沉积系统技术分析

一、设备概述

二、核心技术参数

1. 温度与工艺控制

• 温度范围：500-1300℃，支持低温SiGe外延（700℃）及高温硅外延（1200℃以上）

• 温控精度：±0.5℃（恒温区），轴向温度均匀性±1℃@1000℃

• 加热方式：射频感应加热，热区长度800mm，升温速率≤50℃/min

2. 晶圆处理能力

• 晶圆尺寸：兼容150mm/200mm，支持 cassette-to-cassette自动化传输

• 批量模式：单晶圆工艺设计，通过气体分流系统实现单片级均匀性优化

• 处理时间：标准Si外延工艺约30分钟/片（厚度1μm）

3. 气体与材料控制

• 前驱体兼容性：

  
  

• 硅源：SiH₄、Si₂H₆、SiHCl₃

• 锗源：GeH₄、Ge₂H₆

• 掺杂源：PH₃（N型）、B₂H₆（P型）

• 流量控制：Aera MFC精度±0.5% FS，支持1 sccm-50 slm调节

• 压力范围：10-1000 mTorr（低压化学气相沉积，RPCVD）

4. 外延层性能

• 厚度均匀性：片内±1%，片间±1.5%（200mm晶圆）

• 沉积速率：0.1-1μm/min可调，覆盖超薄层（原子级）至厚膜生长需求

• 缺陷密度：<0.1 cm⁻²（致命缺陷），表面粗糙度Ra<0.15 nm

三、应用场景

1. 化合物半导体材料生长

• SiGe异质结：用于高频晶体管（HBT）的基区生长，Ge组分梯度控制精度±0.5%

• 选择性外延：逻辑芯片源漏区的Si:C外延，实现应变工程提升载流子迁移率

• 缓冲层沉积：SiC衬底上的GaN外延，支持功率器件的异质结制备

2. 功率与射频器件制造

• IGBT外延：N型漂移层生长，厚度均匀性直接影响击穿电压（BV）一致性

• HEMT结构：AlGaN/GaN异质外延，二维电子气（2DEG）迁移率>2000 cm²/V·s

• 光电探测器：InGaAs/InP量子阱结构，响应波长覆盖1.3-1.55μm通信波段

四、技术优势与局限性

优势：

1. 工艺灵活性：支持选择性外延（SEG）与非选择性外延，通过掩模实现图形化生长

2. 界面质量：原位H₂烘烤与清洁功能，降低界面态密度（Dₐᵢ<1×10¹¹ cm⁻²·eV⁻¹）

3. 自动化集成：搭载HSMS通信协议，与Fab自动化系统无缝对接，Recipe库存储>500组

局限性：

1. 产能限制：单晶圆设计，小时产能约20片（200mm），低于批量外延炉

2. 材料兼容性：不支持GaN-on-Si等宽禁带半导体的金属有机化学气相沉积（MOCVD）

3. 维护成本：石英反应管更换周期约500片，年度维护费用占设备原值10%

五、市场定位与替代方案

• 主要用户：英飞凌（功率器件）、意法半导体（汽车电子）、华为海思（射频芯片）

• 替代型号：

  
  

• 升级选项：ASM Intrepid ES（300mm兼容，产能提升50%）

• 竞争产品：Aixtron CCS 200（MOCVD，侧重III-V族化合物）

数据来源：

• ASM官方技术白皮书（EPSILON 2000 Series Datasheet）

• 二手设备平台CAE Online、Bridgetronic配置清单

• 半导体工艺期刊《Journal of Crystal Growth》应用案例