Izzivi peči za rast kristalov iz silicijevega karbida

TheKristalna rastna pečje osrednja oprema za gojenje kristalov iz silicijevega karbida, ki deli podobnosti s tradicionalnimi peči za rast silicijevih kristalov. Struktura peči ni preveč zapletena, predvsem pa je sestavljena iz telesa peči, ogrevalnega sistema, mehanizma pogona tuljave, sistema za pridobivanje vakuuma in merilnega sistema, sistema za oskrbo s plinom, hladilnega sistema in krmilnega sistema. Pogoji toplotnega polja in procesa znotraj peči določajo kritične parametre, kot so kakovost, velikost in električna prevodnost kristalov silicijevega karbida.

Po eni strani je temperatura med rastjo kristalov iz silicijevega karbida izjemno visoka in je ni mogoče spremljati v realnem času, zato so primarni izzivi v samem procesu.Glavni izzivi so naslednji:

(1) Težave pri nadzoru toplotnega polja: Spremljanje v zaprti visokotemperaturni komori je zahtevno in neobvladljivo. Za razliko od tradicionalne opreme za rast kristalov z neposrednim delom na osnovi raztopin, ki ima visoko raven avtomatizacije in omogoča opazljive in nastavljive procese rasti, kristali silicijevega karbida rastejo v zaprtem visokotemperaturnem okolju nad 2000 ° C, natančen nadzor temperature pa je potreben med proizvodnjo, pri čemer je nadzor nad temperaturo zelo zahtevno;

(2) Izzivi nadzora nad kristalno strukturo: Proces rasti je nagnjen k napakam, kot so mikrote, polimorfne vključke in dislokacije, ki medsebojno delujejo in razvijajo.

Mikrotov (MP) so napake v tipu, ki segajo v velikosti od več mikrometrov do več deset mikrometrov in veljajo za morilske napake za naprave; Enojni kristali iz silicijevega karbida vključujejo več kot 200 različnih kristalnih struktur, vendar je le nekaj kristalnih struktur (4h tipa) primernih kot polprevodniški materiali za proizvodnjo. Preoblikovanja kristalne strukture med rastjo lahko privedejo do polimorfnih napak nečistoče, zato je potreben natančen nadzor razmerja med silicijem in ogljikom, gradient temperature rasti, hitrost rasti kristala in parametri pretoka plina/tlaka;

Poleg tega temperaturni gradienti v toplotnem polju med enotno rastjo silicijevega karbida povzročijo primarne notranje napetosti in inducirane okvare, kot so dislokacije (bazalne ravninske dislokacije BPD, TSD TSD in robne dislokacije TED), ki vplivajo na kakovost in zmogljivost naslednjih epitaksialnih slojev in devezij.

(3) Težave pri dopingu: Zunanje nečistoče je treba strogo nadzorovati, da se pridobijo usmerjeno dopirani prevodni kristali;

(4) Počasna stopnja rasti: Stopnja rasti kristala silicijevega karbida je izjemno počasna. Medtem ko lahko tradicionalni silicijevi materiali v samo 3 dneh tvorijo kristalno palico, kristalne palice iz silicijevega karbida potrebujejo 7 dni, kar ima za posledico, da je sama po sebi manjša učinkovitost proizvodnje in močno omejena.

Po drugi strani pa parametri zaEpitaksialna rast silicijevega karbidaso izjemno strogi, vključno z zmogljivostjo tesnjenja opreme, stabilnostjo tlaka reakcijske komore, natančnim nadzorom časa uvedbe plina, natančnim razmerjem plina in strogo obvladovanjem temperature nanašanja. Zlasti, ko se ocene napetosti naprave povečujejo, se težave pri nadzorovanju jedrnih epitaksialnih parametrov rezin znatno povečajo. Poleg tega, ko se debelina epitaksialne plasti povečuje, je zagotavljanje enakomerne upornosti, hkrati pa ohranjanje debeline in zmanjšanje gostote napak še en pomemben izziv.

V sistemu električnega nadzora je potrebna visoko natančna integracija senzorjev in aktuatorjev, da se zagotovi natančno in stabilno regulirano vsi parametri. Ključna je tudi optimizacija kontrolnih algoritmov, saj morajo biti sposobni prilagoditi strategije nadzora v realnem času na podlagi povratnih signalov, da se prilagajajo različnim spremembam med procesom epitaksialne rasti silicijevega karbida.

Ključni izzivi pri proizvodnji podlage SIC:

S strani oskrbe, zaSic kristalne rastne peči, Zaradi dejavnikov, kot so dolgi cikli certificiranja opreme, visoki stroški, povezani s preklapljanjem dobaviteljev, in tveganja za stabilnost, domači dobavitelji še niso dobavljali opreme mednarodnim proizvajalcem glavnih tokov. Med njimi med njimi mednarodni vodilni proizvajalci silicijevega karbida, kot so Wolfspeed, skladni in Rohm, v prvi vrsti uporabljajo opremo za kristalno rast, razvito in izdelano v hiši, drugi mednarodni proizvajalci substrata iz silicijevega karbida pa v glavnem kupujejo opremo za rast kristalov iz nemškega PVA Tepla in japonskega Nissin Kikai Co.