Nematoma silicio karbamido augimo kliūtis: kodėl 7N masinė CVD SiC žaliava pakeičia tradicinius miltelius

Silicio karbido (SiC) puslaidininkių pasaulyje daugiausia dėmesio skiriama 8 colių epitaksiniams reaktoriams arba plokštelių poliravimo subtilybėms. Tačiau jei atseksime tiekimo grandinę iki pat pradžių – fizinio garų transportavimo (PVT) krosnyje – tyliai vyksta esminė „medžiagų revoliucija“.

Jau daugelį metų sintezuoti SiC milteliai buvo pramonės arkliukas. Tačiau kadangi didelio derlingumo ir storesnių kristalų rutuliukų paklausa tampa beveik įkyri, fiziniai tradicinių miltelių apribojimai artėja prie lūžio taško. Štai kodėl7N tūrinė CVD SiC žaliavaiš periferijos persikėlė į techninių diskusijų centrą.

Ką iš tikrųjų reiškia papildomi du „devyniukai“?
Puslaidininkinėse medžiagose šuolis nuo 5N (99,999%) iki 7N (99,99999%) gali atrodyti kaip nedidelis statistinis pakeitimas, tačiau atominiu lygmeniu tai visiškai keičia žaidimą.

Tradiciniai milteliai dažnai kovoja su metalinių priemaišų pėdsakais, patenkančiais sintezės metu. Priešingai, biri medžiaga, pagaminta naudojant cheminį nusodinimą garais (CVD), gali sumažinti priemaišų koncentraciją iki milijardo dalių (ppb) lygio. Auginantiems aukšto grynumo pusiau izoliuojančius (HPSI) kristalus toks grynumo lygis nėra tik tuštybės metrika – tai būtinybė. Itin mažas azoto (N) kiekis yra pagrindinis veiksnys, lemiantis, ar substratas gali išlaikyti didelę varžą, reikalingą sudėtingoms RF programoms.

„Anglies dulkių“ taršos sprendimas: fizinis kristalų defektų sprendimas

Kiekvienas, praleidęs laiką prie kristalų auginimo krosnies, žino, kad „anglies intarpai“ yra didžiausias košmaras.

Naudojant miltelius kaip šaltinį, esant aukštesnei nei 2000°C temperatūrai, smulkios dalelės dažnai grafitizuojasi arba subyra. Šios mažytės, neįtvirtintos „anglies dulkių“ dalelės gali būti pernešamos dujų srovėmis ir nukrenta tiesiai ant kristalų augimo sąsajos, sukurdamos dislokacijas arba inkliuzus, kurie efektyviai suardo visą plokštelę.

CVD-SiC birios medžiagos veikia skirtingai. Jo tankis yra beveik teorinis, o tai reiškia, kad jis veikia labiau kaip tirpstantis ledo blokas nei smėlio krūva. Jis tolygiai sublimuoja nuo paviršiaus, fiziškai pašalindamas dulkių šaltinį. Ši „švaraus augimo“ aplinka užtikrina pagrindinį stabilumą, reikalingą didelio skersmens 8 colių kristalų išeigai padidinti.

Kinetika: 0,8 mm/h greičio apribojimo viršijimas

Augimo greitis ilgą laiką buvo SiC produktyvumo „Achilo kulnas“. Taikant tradicinius nustatymus, sparta paprastai svyruoja tarp 0,3–0,8 mm/h, todėl augimo ciklai trunka savaitę ar ilgiau.

Kodėl perėjus prie birių medžiagų šie rodikliai gali padidėti iki 1,46 mm/h? Tai priklauso nuo masės perdavimo efektyvumo šiluminiame lauke:

1. Optimizuotas pakavimo tankis:Tiglio birių medžiagų struktūra padeda išlaikyti stabilesnį ir staigesnį temperatūros gradientą. Pagrindinė termodinamika mums sako, kad didesnis gradientas suteikia stipresnę varomąją jėgą dujų fazės transportavimui.

2. Stechiometrinis balansas:Tūrinė medžiaga sublimuojasi nuspėjamai, išlygindama įprastą galvos skausmą, kai augimo pradžioje yra „turtingas Si“, o pabaigoje – „turtingas C“.

Šis būdingas stabilumas leidžia kristalams augti storesni ir greičiau be įprasto struktūrinės kokybės kompromiso.

Išvada: 8 colių eros neišvengiamybė

Pramonei visiškai pasisukus prie 8 colių gamybos, klaidų riba išnyko. Perėjimas prie didelio grynumo birių medžiagų nebėra tik „eksperimentinis atnaujinimas“ – tai logiška evoliucija gamintojams, siekiantiems didelio našumo ir aukštos kokybės rezultatų.

Perėjimas nuo miltelių prie birių yra daugiau nei tik formos pakeitimas; tai esminė PVT proceso rekonstrukcija iš apačios į viršų.