Výzvy rastových pecí kremíkových karbidov

Tenpec rastlínje základným zariadením na pestovanie kryštálov karbidov kremíka, ktoré zdieľajú podobnosti s tradičnými rastovými peciami kremíkových kryštálov. Štruktúra pece nie je príliš zložitá, primárne pozostávajúca z tela pece, vykurovacieho systému, mechanizmu pohonu cievok, vákuového získavania a meracieho systému, systému dodávania plynu, chladiaceho systému a riadiaceho systému. Termálne pole a podmienky procesu v peci určujú kritické parametre, ako je kvalita, veľkosť a elektrická vodivosť kryštálov karbidu kremíka.

Na jednej strane je teplota počas rastu kryštálov kremíkových karbidov extrémne vysoká a nemožno ju monitorovať v reálnom čase, takže primárne výzvy spočívajú v samotnom procese.Hlavné výzvy sú nasledujúce:

(1) Obtiažnosť riadenia tepelného poľa: Monitorovanie v zapečatenej komore s vysokou teplotou je náročné a nekontrolovateľné. Na rozdiel od tradičných kremíkových rastových zariadení založených na roztoku založených na kremíku, ktoré má vysoké úrovne automatizácie a umožňuje pozorovateľné a nastaviteľné rastové procesy, kremíkové karbidové kryštály rastú v zapečatenom vysokoteplotnom prostredí nad 2 000 ° C a počas výroby sa vyžaduje presná kontrola teploty, čo robí vysoko náročnú kontrolu teploty;

(2) Výzvy na reguláciu kryštálovej štruktúry: Proces rastu je náchylný k defektom, ako sú mikrotubnice, polymorfné inklúzie a dislokácie, ktoré vzájomne interagujú a vyvíjajú sa.

Mikrotubes (MP) sú defekty prostredníctvom veľkosti v rozmedzí od niekoľkých mikrometrov po desiatky mikrometrov a považujú sa za vražedné defekty zariadení; Jednokryštály karbidu kremíka zahŕňajú viac ako 200 rôznych kryštálových štruktúr, ale iba niekoľko kryštálových štruktúr (typ 4H) je vhodných ako polovodičové materiály na výrobu. Transformácie kryštálovej štruktúry počas rastu môžu viesť k defektom polymorfnej nečistoty, takže je potrebná presná kontrola pomeru kremíka k uhlíku, gradientu rastovej teploty, rýchlosť rastu kryštálov a parametre prietoku/tlaku plynu;

Okrem toho, teplotné gradienty v tepelnom poli počas rastu jednotlivých kryštálov kremíka v jednotlivých kryštáli vedú k primárnym vnútorným napätiam a indukovaným defektom, ako sú dislokácie (dislokácie bazálnej roviny BPD, Twist Dislokations TSD a dislokácie hrán TED), ktoré ovplyvňujú kvalitu a výkonnosť následných epitaxiálnych vrstiev a demonštrácií.

(3) Obtiažnosť v kontrole dopingu: Vonkajšie nečistoty sa musia prísne kontrolovať, aby sa získali smerovo dopované vodivé kryštály;

(4) pomalý rýchlosť rastu: Rýchlosť rastu kryštálov karbidu kremíka je mimoriadne pomalá. Zatiaľ čo tradičné kremíkové materiály môžu tvoriť kryštálovú tyč za pouhých 3 dni, kryštalické tyče kremíkových karbidov vyžadujú 7 dní, čo vedie k inherentnej nižšej výrobnej účinnosti a prísne obmedzeného výkonu.

Na druhej strane parametre preSilikónový karbid epitaxiálny rastsú mimoriadne prísne, vrátane výkonu tesnenia zariadení, stability tlaku reakčnej komory, presnej kontroly času zavedenia plynu, presného pomeru plynu a prísneho riadenia teploty depozície. Najmä so zvyšujúcim sa hodnoteniami napätia zariadenia sa výrazne zvyšuje ťažkosti s riadením jadrových epitaxiálnych parametrov doštičiek. Okrem toho, ako sa zvyšuje hrúbka epitaxnej vrstvy, zabezpečenie rovnomerného odporu pri zachovaní hrúbky a znižovaní hustoty defektov sa stala ďalšou hlavnou výzvou.

V systéme elektrického riadenia je potrebná vysoká presná integrácia senzorov a ovládačov, aby sa zabezpečilo, že všetky parametre sú presné a stabilne regulované. Optimalizácia riadiacich algoritmov je tiež kritická, pretože musia byť schopné upravovať kontrolné stratégie v reálnom čase na základe signálov spätnej väzby, aby sa prispôsobili rôznym zmenám počas procesu epitaxného rastu kremíka.

Kľúčové výzvy vo výrobe substrátov SIC:

Zo strany dodávky, preSIC Crystal Rast Pecces, Kvôli faktorom, ako sú zdĺhavé cykly certifikácie zariadení, vysoké náklady spojené s prepínaním dodávateľov a riziká stability, domáci dodávatelia ešte musia dodávať vybavenie medzinárodným výrobcom SIC. Medzi nimi medzinárodní poprední poprední výrobcovia kremíkových karbidov, ako sú Wolfspeed, Coherent a ROHM, používajú primárne vyvinuté a vyvinuté zariadenia na rast kryštálov, zatiaľ čo iní výrobcovia substrátov substrátov kremíkového karbidu kremíka Kikai Co., LTD.