A szilícium -karbid kristálynövekedési kemencék kihívásai

Akristálynövekedési kemenceaz alapvető berendezés a szilícium -karbid kristályok termesztéséhez, hasonlóságok megosztásával a hagyományos szilícium kristály növekedési kemencékkel. A kemence szerkezete nem túl bonyolult, elsősorban a kemence testből, a fűtési rendszerből, a tekercs -meghajtó mechanizmusából, a vákuumgyűjtő és mérési rendszerből, a gázellátó rendszerből, a hűtőrendszerből és a vezérlő rendszerből. A kemence hőkezelője és folyamat körülményei meghatározzák a kritikus paramétereket, például a szilícium -karbid kristályok minőségét, méretét és elektromos vezetőképességét.

Egyrészt a szilícium-karbid kristály növekedése során a hőmérséklet rendkívül magas, és valós időben nem figyelhető meg, tehát az elsődleges kihívások maga a folyamatban rejlenek.A fő kihívások a következők:

(1) Nehézség a termálmező -szabályozásban: A lezárt magas hőmérsékletű kamrában a megfigyelés kihívást jelent és ellenőrizhetetlen. A hagyományos szilícium-alapú, megoldás-alapú, közvetlen-borító kristálynövekedési berendezésekkel ellentétben, amelyek magas automatizálási szinttel rendelkeznek, és lehetővé teszik a megfigyelhető és állítható növekedési folyamatokat, a szilícium-karbid kristályok lezárt, magas hőmérsékleti környezetben növekednek 2000 ° C felett, és pontos hőmérséklet-szabályozásra van szükség a termelés során, így a hőmérséklet-szabályozás nagyon kihívást jelent;

(2) Kristályszerkezet -szabályozási kihívások: A növekedési folyamat olyan hibákra hajlamos, mint a mikrotubák, a polimorf zárványok és a diszlokációk, amelyek kölcsönhatásba lépnek és fejlődnek egymással.

A mikrotubák (MP) átmenő típusú hibák, amelyek méretétől több mikrométertől több tíz mikrométerig terjednek, és az eszközök gyilkos hibáinak tekintik; A szilícium -karbid -egykristályok több mint 200 különböző kristályszerkezetet tartalmaznak, de csak néhány kristályszerkezet (4H típusú) alkalmas félvezető anyagként a termeléshez. A kristályszerkezet-transzformációk a növekedés során polimorf szennyeződés-hibákhoz vezethetnek, ezért a szilícium-széntartalmú arány, a növekedési hőmérsékleti gradiens, a kristály növekedési sebességének és a gázáram/nyomás paraméterek pontos ellenőrzése szükséges;

Ezenkívül a szilícium -karbid -egy kristálynövekedés hőmérsékleti gradiensei az elsődleges belső feszültségeket és az indukált hibákat, például a diszlokációkat (a bazális sík diszlokációk BPD, a TSD -diszlokációk és az él diszlokációk) és a TED él diszlokációi) eredményeként, amelyek befolyásolják az altermitaxiális rétegek és eszközök minőségét és teljesítményét.

(3) A dopping ellenőrzésének nehézsége: A külső szennyeződéseket szigorúan ellenőrizni kell, hogy az irányban adalékolt vezetőképes kristályokat kapjanak;

(4) lassú növekedési ütem: A szilícium -karbid kristály növekedési üteme rendkívül lassú. Míg a hagyományos szilícium anyagok mindössze 3 nap alatt kristályrúdot képezhetnek, addig a szilícium -karbid kristályrudakhoz 7 nap szükséges, ami eredendően alacsonyabb termelési hatékonyságot és súlyosan korlátozott teljesítményt eredményez.

Másrészt a paraméterekSzilícium -karbid epitaxiális növekedésRendkívül szigorúak, ideértve a berendezések tömítését, a reakció kamra nyomás stabilitását, a gáz bevezetésének pontos szabályozását, a pontos gázarányt és a lerakódási hőmérséklet szigorú kezelését. Különösen, ha az eszközfeszültség -besorolások növekednek, a mag epitaxiális ostya paramétereinek szabályozásának nehézsége jelentősen növekszik. Ezenkívül az epitaxiális réteg vastagsága növekszik, biztosítva az egyenletes ellenállást, miközben megőrzi a vastagságot és csökkenti a hiba sűrűségét.

Az elektromos vezérlőrendszerben az érzékelők és működtetők nagy pontosságú integrációjára van szükség annak biztosítása érdekében, hogy az összes paraméter pontosan és stabilan szabályozzon. A kontroll algoritmusok optimalizálása szintén kritikus jelentőségű, mivel képesnek kell lenniük arra, hogy valós időben beállítsák a vezérlési stratégiákat a visszacsatolási jelek alapján, hogy alkalmazkodjanak a szilícium-karbid-epitaxiális növekedési folyamat során.

Főbb kihívások a SIC szubsztrát gyártásában:

Az ellátási oldalról, mertSIC kristály növekedési kemencék, olyan tényezők miatt, mint például a hosszú berendezés -tanúsítási ciklusok, a kapcsoló beszállítóihoz kapcsolódó magas költségek és a stabilitási kockázatok miatt a hazai beszállítóknak még nem szállítottak felszerelést a nemzetközi SIC gyártók számára. Közülük a nemzetközi vezető szilícium-karbid-gyártók, mint például a Wolfspeed, a Coherent és az ROHM, elsősorban a házon belül kifejlesztett és előállított kristálynövekedési berendezéseket használják, míg más nemzetközi mainstream szilícium-karbid-szubsztrátgyártók elsősorban kristálynövekedési berendezéseket vásárolnak a német PVA Tepla-tól és a japán Nissin Kikai Co., Ltd.