Wyzwania krzemowych pieców wzrostu węglika z węglika

.Kryształowy piec wzrostujest podstawowym sprzętem do uprawy kryształów węglików krzemowych, dzielących podobieństwa z tradycyjnymi kryształowymi piecami wzrostu krzemowego. Struktura pieca nie jest zbyt złożona, składająca się głównie z korpusu pieca, układu grzewczego, mechanizmu napędu cewki, systemu akwizycji i pomiaru próżniowego, systemu zasilania gazu, układu chłodzenia i systemu sterowania. Warunki pola termicznego i procesu w piecu określają krytyczne parametry, takie jak jakość, wielkość i przewodność elektryczna kryształów węglików krzemu.

Z jednej strony temperatura podczas wzrostu kryształu węglika krzemu jest wyjątkowo wysoka i nie można jej monitorować w czasie rzeczywistym, więc główne wyzwania leżą w samym procesie.Główne wyzwania są następujące:

(1) Trudność w kontroli pola termicznego: Monitorowanie w zamkniętej komorze o wysokiej temperaturze jest trudne i niekontrolowane. W przeciwieństwie do tradycyjnego sprzętu do bezpośredniego wzrostu opartego na roztworze na bazie roztworzy na bazie krzemu, który ma wysokie poziomy automatyzacji i pozwala na obserwowalne i regulowane procesy wzrostu, kryształy węgla krzemu rosną w zamkniętym środowisku o wysokiej temperaturze powyżej 2000 ° C, a podczas produkcji wymagana jest precyzyjna kontrola temperatury, co sprawia, że ​​kontrola temperatury;

(2) Wyzwania kontroli struktury krystalicznej: Proces wzrostu jest podatny na wady, takie jak mikrotube, wtrącenia polimorficzne i dyslokacje, które oddziałują i ewoluują ze sobą.

Mikrotube (MP) są defektami typu przebiegiem o wielkości od kilku mikrometrów do dziesiątek mikrometrów i są uważane za wady zabójcze dla urządzeń; Pojedyncze kryształy z węglików krzemowych obejmują ponad 200 różnych struktur krystalicznych, ale tylko kilka struktur krystalicznych (typ 4H) jest odpowiednich jako materiały półprzewodników do produkcji. Transformacje struktury krystalicznej podczas wzrostu mogą prowadzić do polimorficznych wad zanieczyszczeń, a zatem wymagana jest precyzyjna kontrola stosunku krzemu do węgla, gradient temperatury wzrostu, szybkość wzrostu kryształu oraz parametry przepływu/ciśnienia gazu;

Ponadto gradienty temperatury w polu termicznym podczas wzrostu węgla z krzemowego pojedynczego kryształu powodują pierwotne naprężenia wewnętrzne i indukowane defekty, takie jak zwichnięcia (zwichnięcia płaszczyzny podstawy BPD, zwichnięcia skrętu TSD i zwichnięcia krawędzi TED), które wpływają na jakość i wydajność pojemnych warstw epitaxialnych i urządzeń.

(3) Trudność w dopracowaniu kontroli: Zewnętrzne zanieczyszczenia muszą być ściśle kontrolowane w celu uzyskania kryształów przewodzących kierunkowo;

(4) Powolna stopa wzrostu: Kryształowa tempo wzrostu węgliku krzemu jest wyjątkowo powolna. Podczas gdy tradycyjne materiały krzemowe mogą tworzyć kryształowy pręt w zaledwie 3 dni, pręty kryształowe z węglików krzemowych wymagają 7 dni, co powoduje z natury niższą wydajność produkcji i niedokładnie ograniczoną moc wyjściową.

Z drugiej strony parametry dlaWzrost epitaksjalny krzemowysą wyjątkowo rygorystyczne, w tym wydajność uszczelnienia sprzętu, stabilność ciśnienia w komorze reakcyjnej, precyzyjna kontrola czasu wprowadzania gazu, dokładny stosunek gazu i ścisłe zarządzanie temperaturą osadzania. Zwłaszcza wraz ze wzrostem ocen napięcia urządzeń znacznie wzrasta trudność kontrolowania rdzeniowych parametrów epitaksjalnych opłatek. Ponadto, wraz ze wzrostem grubości warstwy epitaxialnej, zapewniając jednolitą rezystywność przy jednoczesnym utrzymaniu grubości i zmniejszaniu gęstości defektu stał się kolejnym poważnym wyzwaniem.

W systemie kontroli elektrycznej wymagana jest bardzo precyzyjna integracja czujników i siłowników, aby zapewnić, że wszystkie parametry są dokładnie i stabilnie regulowane. Optymalizacja algorytmów kontrolnych jest również kluczowa, ponieważ muszą one być w stanie dostosować strategie kontroli w czasie rzeczywistym w oparciu o sygnały sprzężenia zwrotnego w celu dostosowania się do różnych zmian podczas procesu wzrostu epitaksjalnego węgla krzemu.

Kluczowe wyzwania w produkcji podłoża SIC:

Ze strony podaży, dlaSIC Crystal Growth Furnace, ze względu na takie czynniki, jak długie cykle certyfikacyjne sprzętu, wysokie koszty związane z dostawcami przełączania i ryzyko stabilności, dostawcy krajowi muszą jeszcze dostarczyć sprzęt do międzynarodowych producentów głównego nurtu. Wśród nich międzynarodowi wiodący producenci węglików krzemionowych, tacy jak Wolfspeed, Spójny i ROHM, używają przede wszystkim sprzętu do wzrostu kryształów, opracowywanych i produkowanych wewnętrznie, podczas gdy inni międzynarodowi producenci podłoża z węglików krzemionowych na podstawie niemieckiego PVA Tepla i japońskiego Nissin Kikai Co., Ltd., Ltd.