Silicio karbido kristalų augimo krosnių iššūkiai

The Krištolo augimo krosnisyra pagrindinė silicio karbido kristalų auginimo įranga, turinčios panašumų su tradicinėmis silicio kristalų augimo krosnimis. Krosnies struktūra nėra pernelyg sudėtinga, pirmiausia susidedanti iš krosnies korpuso, šildymo sistemos, ritės pavaros mechanizmo, vakuumo gavimo ir matavimo sistemos, dujų tiekimo sistemos, aušinimo sistemos ir valdymo sistemos. Šilumos lauko ir proceso sąlygos krosnyje nustato kritinius parametrus, tokius kaip silicio karbido kristalų kokybė, dydis ir elektrinis laidumas.

Viena vertus, temperatūra silicio karbido kristalų augimo metu yra ypač aukšta ir jo negalima stebėti realiuoju laiku, todėl pirminiai iššūkiai slypi pačiame procese.Pagrindiniai iššūkiai yra šie:

(1) Šiluminio lauko valdymo sunkumai: Stebėjimas uždaroje aukštos temperatūros kameroje yra sudėtinga ir nekontroliuojama. Skirtingai nuo tradicinės silicio pagrindu pagamintos tiesioginio traukimo kristalų augimo įrangos, kurios turi aukštą automatizavimo lygį ir leidžia stebimi ir reguliuojami augimo procesai, silicio karbido kristalai auga sandarioje aukštos temperatūros aplinkoje, viršijančioje 2000 ° C, o gamybos metu reikia tikslios temperatūros kontrolės, todėl temperatūros kontrolė yra labai sudėtinga;

(2) Krištolo struktūros kontrolės iššūkiai: Augimo procesas yra linkęs į tokius defektus kaip mikrotubai, polimorfiniai intarpai ir dislokacijos, kurios sąveikauja ir vystosi tarpusavyje.

Mikrotubai (MP) yra per tipo defektai, kurių dydis yra nuo kelių mikrometrų iki dešimčių mikrometrų, ir yra laikomi prietaisų žudikų defektais; Silicio karbido pavieniai kristalai apima daugiau nei 200 skirtingų kristalų struktūrų, tačiau tik kelios kristalų struktūros (4H tipo) yra tinkamos kaip puslaidininkinės medžiagos gamybai. Kristalų struktūros transformacijos augimo metu gali sukelti polimorfinių priemaišų defektus, todėl reikia tiksliai kontroliuoti silicio ir anglies santykį, augimo temperatūros gradientą, kristalų augimo greitį ir dujų srauto/slėgio parametrus;

Be to, temperatūros gradientai šiluminiame lauke silicio karbido vieno kristalo augimo metu sukelia pirminius vidinius įtempius ir sukeltus defektus, tokius kaip dislokacijos (bazinės plokštumos dislokacijos BPD, posūkio dislokacijos TSD ir kraštų dislokacijos), kurie daro įtaką tolesnių epitaksinių sluoksnių ir prietaisų kokybei ir efektyvumui.

(3) Dopingo kontrolės sunkumai: Išorinės priemaišos turi būti griežtai kontroliuojamos, norint gauti kryptinius laidus kristalus;

(4) Lėtas augimo greitis: Silicio karbido kristalų augimo greitis yra labai lėtas. Nors tradicinės silicio medžiagos gali susidaryti kristalų lazdele vos per 3 dienas, silicio karbido kristalų strypams reikia 7 dienų, todėl gamybos efektyvumas yra mažesnis ir labai ribotas.

Kita vertus, parametraiSilicio karbido epitaksinis augimasyra ypač griežti, įskaitant įrangos sandarinimo našumą, reakcijos kameros slėgio stabilumą, tikslią dujų įvedimo laiko kontrolę, tikslų dujų santykį ir griežtą nusėdimo temperatūros valdymą. Ypač didėjant prietaiso įtampos įvertinimams, sunku kontroliuoti pagrindinių epitaksinių vaflių parametrus žymiai padidėja. Be to, didėjant epitaksinio sluoksnio storui, dar vienas svarbus iššūkis tapo vienoda varža, išlaikant storis ir mažinant defektų tankį.

Elektros valdymo sistemoje reikalinga didelio tikslumo jutiklių ir pavarų integracija, kad visi parametrai būtų tiksliai ir stabiliai reguliuojami. Kontrolės algoritmų optimizavimas taip pat yra labai svarbus, nes jie turi sugebėti realiu laiku pritaikyti valdymo strategijas, remiantis grįžtamojo ryšio signalais, kad prisitaikytų prie įvairių pokyčių silicio karbido epitaksinio augimo proceso metu.

Pagrindiniai SIC substrato gamybos iššūkiai:

Iš tiekimo pusės, skirtasSiC kristalų augimo krosnys, Dėl tokių veiksnių kaip ilgo įrangos sertifikavimo ciklai, didelės išlaidos, susijusios su tiekėjų perjungimu ir stabilumo rizika, vietiniai tiekėjai dar turi tiekti įrangą tarptautiniams pagrindiniams SIC gamintojams. Tarp jų, tarptautiniai pirmaujantys silicio karbido gamintojai, tokie kaip „Wolfspeed“, „Coherent“ ir „Rohm“, pirmiausia naudoja krištolo augimo įrangą, sukurtą ir pagamintą iš namų, o kiti tarptautiniai pagrindiniai silicio karbido substrato gamintojai pirmiausia perka krištolo augimo įrangą iš Vokietijos PVA Teple ir Japonijos „Nissin Kikai Co., Ltd.“.