Provocările cuptoarelor de creștere a cristalului din carbură de siliciu

The Cuptor de creștere a cristaleloreste echipamentul de bază pentru creșterea cristalelor de carbură de siliciu, împărtășind asemănări cu cuptoarele tradiționale de creștere a cristalelor de siliciu. Structura cuptorului nu este prea complexă, constând în principal din corpul cuptorului, sistemul de încălzire, mecanismul de acționare a bobinei, sistemul de achiziție și măsurare a vidului, sistem de alimentare cu gaz, sistem de răcire și sistem de control. Câmpul termic și condițiile de proces din cadrul cuptorului determină parametrii critici, cum ar fi calitatea, dimensiunea și conductivitatea electrică a cristalelor de carbură de siliciu.

Pe de o parte, temperatura în timpul creșterii cristalelor de carbură de siliciu este extrem de mare și nu poate fi monitorizată în timp real, astfel încât provocările primare se află în procesul în sine.Principalele provocări sunt următoarele:

(1) Dificultate în controlul câmpului termic: Monitorizarea într-o cameră sigilată de temperatură înaltă este provocatoare și incontrolabilă. Spre deosebire de echipamentele tradiționale de creștere a cristalelor de tracțiune directă bazată pe siliciu, care are un nivel ridicat de automatizare și permite procese de creștere observabile și reglabile, cristalele de carbură de siliciu cresc într-un mediu sigilat la temperaturi ridicate peste 2.000 ° C și este necesar un control precis al temperaturii în timpul producției, ceea ce face ca controlul temperaturii să fie extrem de provocator;

(2) provocări de control al structurii cristaline: Procesul de creștere este predispus la defecte precum microtuburi, incluziuni polimorfe și luxații, care interacționează și evoluează unul cu celălalt.

Microtuburile (MP) sunt defecte de tip printre dimensiuni de la mai multe micrometre la zeci de micrometri și sunt considerate defecte ucigătoare pentru dispozitive; Cristalele unice din carbură de siliciu includ peste 200 de structuri de cristal diferite, dar doar câteva structuri de cristal (tip 4h) sunt potrivite ca materiale semiconductoare pentru producție. Transformările structurii cristaline în timpul creșterii pot duce la defecte de impuritate polimorfe, astfel încât controlul precis al raportului silicon-carbon, gradientul temperaturii de creștere, rata de creștere a cristalului și parametrii de curgere/presiune a gazului este necesară;

În plus, gradienții de temperatură în câmpul termic în timpul creșterii cu un singur cristal cu carbură de siliciu duc la tensiuni interne primare și defecte induse, cum ar fi dislocările (Dislocările planului de bază BPD, DISLOCATIONS TITSD TSD și dislocările de margine TED), care afectează calitatea și performanța nivelurilor epitaxiale și dispozitivelor ulterioare.

(3) Dificultate în controlul dopajului: Impuritățile externe trebuie controlate strict pentru a obține cristale conductoare dopate direcțional;

(4) Rata de creștere lentă: Rata de creștere a cristalului carburii de siliciu este extrem de lentă. În timp ce materialele tradiționale de siliciu pot forma o tijă de cristal în doar 3 zile, tijele de cristal de carbură de siliciu necesită 7 zile, ceea ce duce la o eficiență de producție inerent mai mică și la o producție gravă limitată.

Pe de altă parte, parametrii pentruCreșterea epitaxială a carburii de siliciusunt extrem de stricte, inclusiv performanța de etanșare a echipamentelor, stabilitatea presiunii camerei de reacție, controlul precis al timpului de introducere a gazelor, raportul precis al gazelor și gestionarea strictă a temperaturii de depunere. Mai ales pe măsură ce evaluările tensiunii dispozitivului cresc, dificultatea de a controla parametrii de placă epitaxială de bază crește semnificativ. În plus, pe măsură ce grosimea stratului epitaxial crește, asigurând rezistivitatea uniformă, menținând în același timp grosimea și reducerea densității defectelor a devenit o altă provocare majoră.

În sistemul de control electric, integrarea de înaltă precizie a senzorilor și actuatorilor este necesară pentru a se asigura că toți parametrii sunt reglementați exact și stabil. Optimizarea algoritmilor de control este de asemenea critică, deoarece trebuie să poată ajusta strategiile de control în timp real pe baza semnalelor de feedback pentru a se adapta la diverse schimbări în timpul procesului de creștere epitaxială a carburii de siliciu.

Provocări cheie în fabricarea substratului SIC:

Din partea de aprovizionare, pentruCuptoare de creștere a cristalului sic, datorită factorilor precum ciclurile de certificare a echipamentelor îndelungate, costurilor ridicate asociate furnizorilor de comutare și riscurilor de stabilitate, furnizorii casnici încă nu au furnizat echipamente producătorilor internaționali SIC. Printre aceștia, producătorii internaționali de carburi de siliciu internațional, precum Wolfspeed, Coerent și Rohm, folosesc în primul rând echipamente de creștere a cristalelor s-au dezvoltat și produs în casă, în timp ce alți producători de substrat de siliciu internațional de siliciu mainstream cumpără în principal echipamente de creștere a cristalului de la germanul PVA Tepla și japonez Nissin Kikai Co., Ltd.