Технически предизвикателства в пещите за отглеждане на кристали от силициев карбид

Пещите за растеж на кристали от силициев карбид (SiC) са крайъгълният камък наSiC пластинапроизводство. Докато споделят прилики с традиционните пещи за отглеждане на силициеви кристали, пещите на SiC са изправени пред уникални предизвикателства поради екстремните условия на растеж на материала и сложните механизми за образуване на дефекти. Тези предизвикателства могат да бъдат широко категоризирани в две области: кристален растеж и епитаксиален растеж.

Предизвикателства при растежа на кристалите:

Растежът на кристалите SiC изисква прецизен контрол върху затворена среда с висока температура, което прави мониторинга и контрола на процеса изключително трудни. Основните предизвикателства включват:

(1) Контрол на термичното поле: Поддържането на стабилен и равномерен температурен профил в запечатаната високотемпературна камера е от решаващо значение, но изключително предизвикателство. За разлика от контролируемите процеси на растеж на стопилка, използвани за силиций, растежът на кристалите на SiC се случва над 2000°C, което прави наблюдението и регулирането в реално време почти невъзможни. Прецизният температурен контрол е от първостепенно значение за постигане на желаните кристални свойства.

(2) Политип и контрол на дефектите: Процесът на растеж е силно податлив на дефекти като микротръби (MP), политипни включвания и дислокации, всяко от които влияе върху качеството на кристала. MPs, проникващи в дефекти с размери няколко микрона, са особено вредни за работата на устройството. SiC съществува в над 200 политипа, като само структурата 4H е подходяща за полупроводникови приложения. Контролирането на стехиометрията, температурните градиенти, скоростта на растеж и динамиката на газовия поток е от съществено значение за минимизиране на политипните включвания. Освен това, термичните градиенти в камерата за растеж могат да предизвикат естествено напрежение, водещо до различни дислокации (дислокации в базалната равнина (BPD), дислокации на резбови винтове (TSD), дислокации на ръба на резба (TED)), които влияят на последващата епитаксия и работата на устройството.

(3) Контрол на примесите: Постигането на прецизни допинг профили изисква щателен контрол върху външните примеси. Всяко неволно замърсяване може значително да промени електрическите свойства на крайния кристал.

(4) Бавен темп на растеж: Растежът на кристалите SiC е присъщо бавен в сравнение със силиция. Докато силициев слитък може да бъде отгледан за 3 дни, SiC изисква 7 дни или повече, което значително влияе върху ефективността на производството и продукцията.

Предизвикателства на епитаксиалния растеж:

Епитаксиалният растеж на SiC, който е от решаващо значение за формирането на структурите на устройството, изисква още по-строг контрол върху параметрите на процеса:

Високопрецизен контрол:Херметичността на камерата, стабилността на налягането, точното време и състав на доставяне на газ и стриктният контрол на температурата са критични за постигане на желаните свойства на епитаксиалния слой. Тези изисквания стават още по-строги с увеличаване на изискванията за напрежение на устройството.

Еднородност и плътност на дефектите:Поддържането на еднакво съпротивление и ниска плътност на дефектите в по-дебели епитаксиални слоеве представлява значително предизвикателство.

Разширени системи за контрол:Усъвършенстваните електромеханични системи за управление с високо прецизни сензори и изпълнителни механизми са от решаващо значение за точното и стабилно регулиране на параметрите. Усъвършенстваните контролни алгоритми, способни на корекция в реално време въз основа на обратна връзка от процеса, са от съществено значение за навигиране в сложността на епитаксиалния растеж на SiC.

Преодоляването на тези технически пречки е от съществено значение за отключване на пълния потенциал на SiC технологията. Непрекъснатият напредък в дизайна на пещите, контрола на процесите и техниките за мониторинг на място са жизненоважни за стимулиране на широкото приемане на този обещаващ материал във високопроизводителната електроника.**