Проблеми печей росту карбіду кремнію

ЗКристалічна піч для ростує основним обладнанням для вирощування кристалів карбіду кремнію, що ділиться подібностями з традиційними печами росту кристалів кремнію. Конструкція печі не є надмірно складною, в першу чергу складається з корпусу печі, системи опалення, механізму приводу котушки, вакууму та системи вимірювання, системи подачі газу, системи охолодження та системи управління. Умови теплового поля та процесу в печі визначають критичні параметри, такі як якість, розмір та електрична провідність кристалів карбіду кремнію.

З одного боку, температура під час росту кристалів карбіду кремнію надзвичайно висока і не може бути контрольована в режимі реального часу, тому первинні проблеми лежать у самому процесі.Основні виклики полягають у наступному:

(1) Складність управління тепловим полем: Моніторинг у герметичній високотемпературній камері є складним та неконтрольованим. На відміну від традиційного обладнання для росту кристалів на основі розчину на основі кремнію, яке має високий рівень автоматизації та дозволяє спостерігати та регульовані процеси росту, кристали карбіду кремнію ростуть у герметичному високотемпературному середовищі вище 2000 ° C, і точний контроль температури необхідний під час виробництва, що робить контроль температури надзвичайно складним;

(2) Проблеми контролю кристалічної структури: Процес росту схильний до таких дефектів, як мікротруба, поліморфні включення та дислокації, які взаємодіють і розвиваються між собою.

Мікротубки (MP)-це дефекти через тип, розміром від декількох мікрометрів до десятків мікрометрів, і вважаються вбивцями дефектів пристроїв; Силіконові карбідні монокристали включають понад 200 різних кристалічних структур, але лише кілька кристалічних структур (тип 4H) підходять як напівпровідникові матеріали для виробництва. Трансформації кристалічної структури під час росту можуть призвести до поліморфних дефектів домішок, тому точний контроль співвідношення кремнію до вуглецю, градієнт температури росту, швидкість росту кристалів та параметри потоку газу/тиску;

Крім того, температурні градієнти в тепловому полі під час росту монокристалі в кремнію призводять до первинних внутрішніх напружень та індукованих дефектів, таких як дислокації (базальні площини BPD, вишукування Twist TSD, та види дислокації Edge), які впливають на якість та продуктивність наступних епітаксіальних шарів та пристроїв.

(3) Складність допінгу контролю: Зовнішні домішки повинні бути суворо контрольовані для отримання спрямованих допедованих струмопровідних кристалів;

(4) Повільні темпи зростання: Швидкість росту кристалів карбіду кремнію надзвичайно повільна. Незважаючи на те, що традиційні кремнієві матеріали можуть утворювати кришталевий стрижень всього за 3 дні, кристалічні стрижні карбіду кремнію потребують 7 днів, що призводить до по суті зниження ефективності виробництва та сильно обмеженого виходу.

З іншого боку, параметри дляЕпітаксіальний ріст карбіду кремніюнадзвичайно суворі, включаючи продуктивність ущільнення обладнання, стабільність тиску реакційної камери, точний контроль часу введення газу, точне співвідношення газу та суворе управління температурою осадження. Тим більше, що зростає рейтинги напруги пристрою, труднощі з контролем основних епітаксіальних вафельних параметрів значно збільшуються. Крім того, у міру збільшення товщини епітаксіального шару забезпечення рівномірного опору при підтримці товщини та зменшення щільності дефектів стало ще одним головним завданням.

У системі електричного управління необхідна високоточна інтеграція датчиків та приводів, щоб забезпечити точне та стабільно регульоване всі параметри. Оптимізація алгоритмів управління також є критичною, оскільки вони повинні вміти коригувати стратегії управління в режимі реального часу на основі сигналів зворотного зв'язку для адаптації до різних змін під час процесу епітаксіального росту карбіду кремнію.

Основні проблеми у виробництві підкладки SIC:

З боку живлення, дляПечі росту кристалів SIC, через такі фактори, як тривалі цикли сертифікації обладнання, високі витрати, пов'язані з постачальниками комутації та ризиком стабільності, внутрішні постачальники ще не постачають обладнання міжнародним виробникам SIC. Серед них міжнародні провідні виробники карбіду кремнію, такі як WolfSpeed, Coyceent та ROHM, в першу чергу використовують обладнання для росту кристалів, розроблене та вироблене власним, тоді як інші міжнародні виробники карбіду кремнію в першу чергу купують обладнання для росту Crystal у німецькій PVA Tepla та японській Nissin Kikai Co., Ltd.