Fortfarande är det ovanligt med 8-tumsskivor i kiselkarbid. Provserier finns, men skivorna som levereras idag är på sex och fyra tum.

Roger Nilsson

– Men större skivor kommer. Genom att gå upp i storlek får halvledartillverkarna snabbt bättre lönsamhet, förklarar Roger Nilsson, CTO på och medgrundare till Epiluvac. 

Tekniken som reaktorerna är baserade på har sitt ursprung i Linköpings universitet (se ruta) och kallas hot-wall CVD (chemical vapor deposition). Som ordet antyder är alla väggar inuti reaktorn ungefär lika varma.

HISTORIK Epiluvac grundades år 2013 för att kommersialisera en teknik som kallas hot-wall CVD – en form av gasfasdeponering där temperaturen kan styras mycket kontrollerat. Tekniken har sina rötter i utveckling vid Linköpings universitet. Ursprunget till Epiluvac är företaget Epigress som grundades 1993 och då direkt inledde ett samarbete med Linköpings universitet för att utveckla olika typer av CVD-reaktorer. Tillsammans byggde de världens första reaktor för SiC-epitaxi och under många år levererade Epigress en majoritet av alla forskningsreaktorer i världen. – Om något forskningsresultat presenterades på en konferens så var det långt mer än hälften som hade använt vår maskin, berättar Roger Nilsson, som var med och grundade Epigress. Sex år efter start köpte den tyska branschjätten Aixtron det svenska företaget, och under ett antal år levde det svenska teamet vidare som Aixtrons specialistgrupp inom hot-wall. Aixtron anammade hot-wall-tekniken på sitt sätt, i kombination med den egna tekniken. Det tyska företaget levde gott på boomen för lysdioder runt år 2010-2011. Därefter rasade försäljningen drastiskt på denna typ av maskiner eftersom lysdioder inte behöver så pass avancerad teknik och andra mindre komplicerade maskiner kom ifatt. Temperaturen som krävs för lysdioder är betydligt lägre än för avancerade SiC-komponenter, och då räcker vanlig CVD. Konsekvensen blev att Aixtron lade ner teamet i Sverige. Kort därefter grundades Epiluvac av Roger Nilsson, CTO, Richard Spengler, COO, och SiC-entreprenören Bo Hammarlund. Företaget har sex anställda.

Reaktorerna lägger på kiselkarbid- eller galliumnitridskikt på skivor av kisel eller kiselkarbid. Genom epitaxiprocessen skapas lager med olika elektriska egenskaper på en skiva.

För att alla komponenter som kommer från en skiva ska få samma egenskaper måste temperaturen under processen styras väldigt precist. Ju större skivorna blir, desto viktigare är det att ha fullständig kontroll på temperaturen.

– Vi har därför utvecklat en lösning som gör att man kan mäta temperaturprofilen i reaktorn och justera den under tiden man kör. Det har gjort att vi även vid 8-tum är säkra på att temperaturen inte varierar mer än ±2°C över hela skivans yta. 

– Det är en unik lösning idag. Ingen annan gör det. Det finns de som försöker, men ingen som ännu gjort det fullt ut som vi.

Då ska man veta att temperaturen i reaktorn under kiselkarbidepitaxi är mycket hög – uppemot 1600°C.

Om temperaturen inte hålls konstant över skivans yta kommer tillväxthastigheten att variera och resultatet blir en skiva vars tjocklek varierar. Epiluvac lovar att tjockleken hos 8-tummare som processats i företaget maskiner inte varierar mer än en till två procent.

– Lite svårare att få till när skivorna blir större är samma dopning över hela ytan. Toleranskraven beror av vilka komponenter som ska tillverkas. Variationen i dopningen bör som mest ligga på fem-sex procent, men ofta är kravet tre procent.

Här kommer den dubbelreaktor som Epiluvac utvecklat in. Den hanterar 8-tumsskivor och presenterades första gången på en konferens i Japan för ett år sedan.

– Det går att uppnå positiva effekter i kvaliteten i materialet om man kopplar ihop olika reaktorer. På sikt ser vi att vi kan koppla ihop fler reaktorer, men i ett första steg har vi två tillsammans. 

Utmaningen har att göra med att olika processteg har olika kemiska sammansättningar som inte är kompatibla. Det finns alltid en viss minneseffekt som ger oönskade effekter när man kör två väldigt olika processteg efter varandra. Då är det bättre att flytta wafern till en annan reaktor.

När ett processteg är klart måste enkelreaktorn därför rengöras innan nästa steg kan ta vid. Det tar tid och sker med hjälp av etsande gaser som saltsyra.

– I dubbelreaktorn kan du istället köra en process i en reaktor och sen, när wafern fortfarande är hyfsat varm, flytta den till den andra reaktorn för det andra processteget, säger Roger Nilsson och förtydligar: 

– Det kan handla om att i ett steg ha hög dopning, och i det andra väldigt låg dopning. På så sätt smittar man inte ner den andra reaktorn i processtegen. 

Ytterligare en bonus är att skivorna inte exponeras för luft mellan de olika stegen. Istället transporteras de i en kontrollerad miljö med vakuum och vid + 700 C så att ytan inte påverkas av fukt och syre.

På konferensen i Japan fick ett polskt forskningsinstitut som arbetar med både SiC och GaN upp ögonen för den nya dubbelmaskinen. För en månad sedan fick Epiluvac sin allra första order från just det universitetet i Polen där forskningsinstitut har sitt labb.

– Där ska de köra SiC i den ena reaktorn och GaN i den andra. Finessen för dem är den automatiska waferhanteringen som sköter i- och urladdning av skivor. De spar helt enkelt in kostnaden för en waferhanterare. Det fungerar, men är inte grundtanken med vår maskin, förklarar Roger Nilsson.

Artikeln är tidigare publicerad i magasinet Elektroniktidningen. Prenumerera kostnadsfritt!

Den nya dubbelmaskinen är inte bara lämplig för forskning utan också för kommersiell produktion. Den kan visserligen enbart hantera en skiva i taget, men köras obemannad dygnet runt.

– Vi har räknat på att den är konkurrenskraftig.

Nästa steg i Lund och Linköping Epiluvac har kommit dit att det kan göra det kunderna vill ha. Nu måste företaget bevisa att det är så. Nästa steg är därför att bygga upp två labb – ett för SiC i Linköping och ett för GaN i Lund. Där ska företaget visa för potentiella kunder vad det verkligen kan göra med sina maskiner. – Vi har talat med alla möjliga potentiella kunder i världen, både stora och små, men nu vill framförallt de stora halvledarbolagen ha bevis på att vi kan göra det som de behöver innan de beställer maskinen för en volymlina, säger Roger Nilsson Hittills har företaget identifierat lämpliga lokaler. Nästa steg är att finansiera det hela. – Där har vi börjat en diskussion med intressenter som kan tänka sig att vara med och investera i företaget så att vi kan gå vidare.  Om investeringen går i lås är planen att under nästa år starta två labb. Det ena ska ligga vid Lunds universitet, i Pronano Labs, och vara specialiserat på GaN-på-kisel. Det andra ska ligga vid Linköpings universitet, i närhet av C3NiT, och vara inriktat på SiC-epitaxi. C3NiT är ett kompetenscentrum finansierat av Vinnova, som startade för runt två år sedan. – Där är vi med för att utveckla olika förbättringar av epitaxin. Det är ett väldigt lovvärt initiativ från Vinnova och det knyter samma olika universitet i Sverige, som Chalmers, Lund, Linköping, men även företag som exempelvis Saab, Ericsson,  Hitachi-ABB Power Grids och On Semiconductor, säger Roger Nilsson, och adderar:  – C3NiT har dessutom konstaterat att världen inte slutar med SiC och GaN, utan man har även gått in på ytterligare ett nytt material, galliumoxid, som tros kunna bli ännu bättre i vissa tillämpningar. Just nu utvecklar Epiluvac även andra idéer, som att kombinera fler än två reaktorer i ett vakuumsystem. – Vi tittar till exempel på hur vi kan göra något processteg på ett fiffigare sätt. Man skulle kunna lägga på ett toppskikt med kontakter eller liknande. Då blir den en tredje eller fjärde reaktor i en kombivariant. Det är något vi arbetar aktivt med.