Wyzwania techniczne w piecach do wzrostu kryształów węglika krzemu

Podstawą technologii są piece do wzrostu kryształów węglika krzemu (SiC).Płytka SiCprodukcja. Mimo podobieństw do tradycyjnych pieców do wzrostu kryształów krzemu, piece SiC stoją przed wyjątkowymi wyzwaniami ze względu na ekstremalne warunki wzrostu materiału i złożone mechanizmy powstawania defektów. Wyzwania te można ogólnie podzielić na dwa obszary: wzrost kryształów i wzrost epitaksjalny.

Wyzwania związane ze wzrostem kryształów:

Wzrost kryształów SiC wymaga precyzyjnej kontroli w zamkniętym środowisku o wysokiej temperaturze, co sprawia, że ​​monitorowanie i kontrola procesu są wyjątkowo trudne. Kluczowe wyzwania obejmują:

(1) Kontrola pola termicznego: Utrzymanie stabilnego i jednolitego profilu temperatury w szczelnej komorze o wysokiej temperaturze jest kluczowe, ale niezwykle trudne. W przeciwieństwie do kontrolowanych procesów wzrostu stopu stosowanych w przypadku krzemu, wzrost kryształów SiC zachodzi w temperaturze powyżej 2000°C, co sprawia, że ​​monitorowanie i regulacja w czasie rzeczywistym jest prawie niemożliwe. Precyzyjna kontrola temperatury ma kluczowe znaczenie dla osiągnięcia pożądanych właściwości kryształu.

(2) Kontrola politypów i defektów: Proces wzrostu jest bardzo podatny na defekty, takie jak mikrorurki (MP), wtrącenia politypowe i dyslokacje, z których każdy ma wpływ na jakość kryształu. Szczególnie szkodliwe dla wydajności urządzenia są MP, penetrujące defekty o wielkości kilku mikronów. SiC występuje w ponad 200 politypach, tylko struktura 4H nadaje się do zastosowań półprzewodnikowych. Kontrolowanie stechiometrii, gradientów temperatury, szybkości wzrostu i dynamiki przepływu gazu jest niezbędne, aby zminimalizować wtrącenia politypowe. Co więcej, gradienty termiczne w komorze wzrostu mogą indukować naprężenia naturalne, prowadząc do różnych dyslokacji (dyslokacji w płaszczyźnie podstawowej (BPD), dyslokacji śruby gwintującej (TSD), dyslokacji krawędzi gwintowanej (TED)), które mają wpływ na późniejszą epitaksję i działanie urządzenia.

(3) Kontrola zanieczyszczeń: Osiągnięcie precyzyjnych profili domieszkowania wymaga skrupulatnej kontroli zanieczyszczeń zewnętrznych. Każde niezamierzone zanieczyszczenie może znacząco zmienić właściwości elektryczne końcowego kryształu.

(4) Powolne tempo wzrostu: Wzrost kryształów SiC jest z natury powolny w porównaniu do krzemu. Podczas gdy wlewek krzemowy można wyhodować w 3 dni, SiC wymaga 7 lub więcej dni, co znacząco wpływa na wydajność i wydajność produkcji.

Wyzwania związane ze wzrostem epitaksjalnym:

Wzrost epitaksjalny SiC, kluczowy dla kształtowania konstrukcji urządzeń, wymaga jeszcze większej kontroli nad parametrami procesu:

Precyzyjne sterowanie:Hermetyczność komory, stabilność ciśnienia, precyzyjny czas i skład dostarczania gazu oraz ścisła kontrola temperatury mają kluczowe znaczenie dla osiągnięcia pożądanych właściwości warstwy epitaksjalnej. Wymagania te stają się jeszcze bardziej rygorystyczne wraz ze wzrostem wymagań dotyczących napięcia urządzenia.

Jednorodność i gęstość defektów:Utrzymanie jednolitej rezystywności i niskiej gęstości defektów w grubszych warstwach epitaksjalnych stanowi poważne wyzwanie.

Zaawansowane systemy sterowania:Wyrafinowane elektromechaniczne systemy sterowania z precyzyjnymi czujnikami i siłownikami mają kluczowe znaczenie dla dokładnej i stabilnej regulacji parametrów. Zaawansowane algorytmy sterowania umożliwiające regulację w czasie rzeczywistym w oparciu o informacje zwrotne z procesu są niezbędne do poruszania się po złożoności wzrostu epitaksjalnego SiC.

Pokonanie tych przeszkód technicznych jest niezbędne do uwolnienia pełnego potencjału technologii SiC. Ciągły postęp w projektowaniu pieców, kontroli procesów i technikach monitorowania na miejscu ma kluczowe znaczenie dla powszechnego zastosowania tego obiecującego materiału w wysokowydajnej elektronice.**