Techniniai iššūkiai silicio karbido kristalų auginimo krosnyse

Silicio karbido (SiC) kristalų auginimo krosnys yra kertinis akmuoSiC plokštelėgamyba. Nors SiC krosnys yra panašios į tradicines silicio kristalų auginimo krosnis, jos susiduria su unikaliais iššūkiais dėl ekstremalių medžiagos augimo sąlygų ir sudėtingų defektų formavimo mechanizmų. Šiuos iššūkius galima iš esmės suskirstyti į dvi sritis: kristalų augimą ir epitaksinį augimą.

Kristalų augimo iššūkiai:

SiC kristalų augimui reikalingas tikslus aukštos temperatūros uždaros aplinkos valdymas, todėl stebėti ir kontroliuoti procesą yra ypač sunku. Pagrindiniai iššūkiai apima:

(1) Šiluminio lauko kontrolė: išlaikyti stabilų ir vienodą temperatūros profilį sandarioje aukštos temperatūros kameroje yra labai svarbu, tačiau labai sudėtinga. Skirtingai nei siliciui naudojami kontroliuojami lydalo augimo procesai, SiC kristalų augimas vyksta aukštesnėje nei 2000 °C temperatūroje, todėl stebėti ir reguliuoti realiuoju laiku beveik neįmanoma. Tiksli temperatūros kontrolė yra svarbiausia norint pasiekti norimas kristalų savybes.

(2) Politipo ir defektų kontrolė: augimo procesas yra labai jautrus defektams, tokiems kaip mikrovamzdžiai (MP), politipo intarpai ir išnirimai, kurių kiekvienas turi įtakos kristalų kokybei. MP, prasiskverbiantys kelių mikronų dydžio defektai, ypač kenkia įrenginio veikimui. SiC yra daugiau nei 200 politipų, o tik 4H struktūra tinka puslaidininkiams. Stechiometrijos, temperatūros gradientų, augimo greičio ir dujų srauto dinamikos valdymas yra būtinas norint sumažinti politipų inkliuzus. Be to, šiluminiai gradientai augimo kameroje gali sukelti įtampą, sukeldami įvairius išnirimus (bazinės plokštumos išnirimus (BPD), įsriegimo varžtų išnirimus (TSD), sriegimo briaunų išnirimus (TED)), kurie turi įtakos tolesniam epitaksijos ir įrenginio veikimui.

(3) Priemaišų kontrolė: norint pasiekti tikslius dopingo profilius, būtina kruopščiai kontroliuoti išorines priemaišas. Bet koks nenumatytas užteršimas gali žymiai pakeisti galutinio kristalo elektrines savybes.

(4) Lėtas augimo greitis: SiC kristalų augimas iš prigimties yra lėtas, palyginti su siliciu. Nors silicio luitas gali būti užaugintas per 3 dienas, SiC reikia 7 ar daugiau dienų, o tai daro didelę įtaką gamybos efektyvumui ir našumui.

Epitaksinio augimo iššūkiai:

SiC epitaksinis augimas, labai svarbus formuojant įrenginio struktūras, reikalauja dar griežčiau kontroliuoti proceso parametrus:

Didelio tikslumo valdymas:Kameros hermetiškumas, slėgio stabilumas, tikslus dujų tiekimo laikas ir sudėtis bei griežta temperatūros kontrolė yra labai svarbūs norint pasiekti norimas epitaksinio sluoksnio savybes. Šie reikalavimai tampa dar griežtesni didėjant įrenginio įtampos reikalavimams.

Tolygumas ir defektų tankis:Išlaikyti vienodą varžą ir mažą defektų tankį storesniuose epitaksiniuose sluoksniuose yra didelis iššūkis.

Pažangios valdymo sistemos:Sudėtingos elektromechaninės valdymo sistemos su didelio tikslumo jutikliais ir pavaromis yra labai svarbios tiksliam ir stabiliam parametrų reguliavimui. Pažangūs valdymo algoritmai, galintys reguliuoti realiuoju laiku, remiantis proceso grįžtamuoju ryšiu, yra būtini norint valdyti SiC epitaksinio augimo sudėtingumą.

Norint išnaudoti visas SiC technologijos galimybes, būtina įveikti šias technines kliūtis. Nuolatinė krosnies projektavimo, proceso valdymo ir stebėjimo in situ metodų pažanga yra gyvybiškai svarbi norint, kad ši perspektyvi medžiaga būtų plačiai naudojama aukštos kokybės elektronikoje.**