Предизвикателствата на пещите за растеж на кристали от силициев карбид

Theпещ за растеж на кристале основното оборудване за отглеждане на кристали от силициев карбид, споделяне на прилики с традиционните пещи за растеж на силициеви кристали. Структурата на пещта не е прекалено сложна, състояща се предимно от тялото на пещта, система за отопление, механизъм за задвижване на намотката, система за придобиване и измерване на вакуум, система за захранване на газ, система за охлаждане и система за управление. Термичните полета и условията на процеса в пещта определят критични параметри като качеството, размера и електрическата проводимост на кристалите на силициевия карбид.

От една страна, температурата по време на растежа на кристалите на силициевия карбид е изключително висока и не може да бъде наблюдавана в реално време, така че основните предизвикателства се крият в самия процес.Основните предизвикателства са следните:

(1) Трудност при контрола на термичното поле: Мониторингът в запечатана камера с висока температура е предизвикателство и неконтролируемо. За разлика от традиционното оборудване за растеж на кристали, базирани на решения на базата на силиций, което има високи нива на автоматизация и позволява наблюдаеми и регулируеми процеси на растеж, кристалите на силициев карбид растат в запечатана високотемпературна среда над 2000 ° C и се изисква прецизен контрол на температурата по време на производството, което прави контрола на температурата силно предизвикателство;

(2) Предизвикателства за контрол на кристалната структура: Процесът на растеж е предразположен към дефекти като микротрубки, полиморфни включвания и дислокации, които си взаимодействат и се развиват помежду си.

Микротръбите (MP) са дефекти от типа, вариращи в размер от няколко микрометра до десетки микрометри и се считат за дефекти на убийците за устройства; Единичните кристали на силициев карбид включват над 200 различни кристални структури, но само няколко кристални структури (4H тип) са подходящи като полупроводникови материали за производство. Трансформациите на кристалната структура по време на растежа могат да доведат до дефекти на полиморфни примеси, така че е необходим прецизен контрол на съотношението силициев към въглерод, градиентът на температурата на растежа, скоростта на растеж на кристалите и параметрите на потока/налягането на газ;

Освен това, температурните градиенти в термичното поле по време на еднократния растеж на кристала на силициев карбид водят до първични вътрешни напрежения и индуцирани дефекти като дислокации (базални равнини BPD, усукване на дислокации на TSD и разрушаване на ръбовете), които влияят на качеството и работата на последващите епитаксиални слоеве и разпорежданията.

(3) Трудност при контрола на допинга: Външните примеси трябва да бъдат строго контролирани, за да се получат насочени легирани проводими кристали;

(4) Бавен темп на растеж: Скоростта на растеж на кристалите на силициев карбид е изключително бавна. Докато традиционните силиконови материали могат да образуват кристален прът само за 3 дни, кристалните пръти на силициевия карбид изискват 7 дни, което води до по -ниска по -ниска ефективност на производството и силно ограничена продукция.

От друга страна, параметрите заЕпитаксиален растеж на силициев карбидса изключително строги, включително ефективност на уплътняването на оборудването, стабилността на налягането на реакционната камера, прецизният контрол на времето за въвеждане на газ, точното съотношение на газа и строгото управление на температурата на отлагане. Особено с увеличаването на оценките на напрежението на устройството, трудността при контролирането на параметрите на епитаксиалната вафла на основата значително се увеличава. Освен това, с увеличаването на дебелината на епитаксиалния слой, осигуряването на равномерно съпротивление, като същевременно поддържа дебелина и намаляване на плътността на дефектите се превърна в друго основно предизвикателство.

В системата за електрическо управление е необходимо високо прецизно интегриране на сензори и задвижващи механизми, за да се гарантира, че всички параметри са точно и стабилно регулирани. Оптимизирането на алгоритмите за контрол също е от решаващо значение, тъй като те трябва да могат да коригират стратегиите за контрол в реално време въз основа на сигналите за обратна връзка, за да се адаптират към различни промени по време на процеса на растеж на силициев карбид.

Основни предизвикателства при производството на SIC субстрат:

От страна на доставките, заSIC кристални пещи за растеж, поради фактори като дълги цикли на сертифициране на оборудването, високи разходи, свързани с превключване на доставчици, и рискове за стабилност, местните доставчици все още не доставят оборудване на международните производители на SIC SIC. Сред тях международните водещи производители на силициев карбид като Wolfspeed, Coherent и Rohm използват основно оборудване за растеж на кристали, разработено и произвеждано вътрешно, докато други международни основни производители на силициев карбид и производителите на японски Nissin Kikai Co., от немския PVA Tepla и японския Nissin Kikai Co., Ltd.