Tehnični izzivi v pečeh za rast kristalov iz silicijevega karbida

Peči za rast kristalov iz silicijevega karbida (SiC) so temeljSiC rezinaproizvodnja. Medtem ko si delijo podobnosti s tradicionalnimi pečmi za rast silicijevih kristalov, se peči na SiC soočajo z edinstvenimi izzivi zaradi ekstremnih pogojev rasti materiala in zapletenih mehanizmov nastajanja napak. Te izzive je mogoče na splošno razvrstiti v dve področji: rast kristalov in epitaksialna rast.

Izzivi rasti kristalov:

Rast kristalov SiC zahteva natančen nadzor nad visokotemperaturnim, zaprtim okoljem, zaradi česar sta spremljanje in nadzor procesa izjemno težavna. Ključni izzivi vključujejo:

(1) Nadzor toplotnega polja: Vzdrževanje stabilnega in enakomernega temperaturnega profila v zaprti visokotemperaturni komori je ključnega pomena, a izjemno zahtevno. Za razliko od nadzorovanih procesov rasti taline, ki se uporabljajo za silicij, pride do rasti kristalov SiC nad 2000 °C, zaradi česar je spremljanje in prilagajanje v realnem času skoraj nemogoče. Natančen nadzor temperature je najpomembnejši za doseganje želenih lastnosti kristalov.

(2) Nadzor politipov in napak: Proces rasti je zelo dovzeten za napake, kot so mikrocevi (MP), vključki politipov in dislokacije, od katerih vsaka vpliva na kakovost kristala. MP, ki prodrejo v napake v velikosti več mikronov, so še posebej škodljivi za delovanje naprave. SiC obstaja v več kot 200 politipih, pri čemer je samo struktura 4H primerna za uporabo v polprevodnikih. Nadzor stehiometrije, temperaturnih gradientov, hitrosti rasti in dinamike pretoka plina je bistvenega pomena za zmanjšanje vključkov politipov. Poleg tega lahko toplotni gradienti znotraj rastne komore inducirajo naravni stres, kar vodi do različnih dislokacij (dislokacije bazalne ravnine (BPD), dislokacije navojnih vijakov (TSD), dislokacije robov navojev (TED)), ki vplivajo na poznejšo epitaksijo in delovanje naprave.

(3) Nadzor nečistoč: Doseganje natančnih profilov dopinga zahteva natančen nadzor zunanjih nečistoč. Vsaka nenamerna kontaminacija lahko znatno spremeni električne lastnosti končnega kristala.

(4) Počasna stopnja rasti: Rast kristalov SiC je sama po sebi počasna v primerjavi s silicijem. Medtem ko je mogoče silicijev ingot vzgojiti v 3 dneh, SiC potrebuje 7 dni ali več, kar znatno vpliva na učinkovitost proizvodnje in proizvodnjo.

Izzivi epitaksialne rasti:

SiC epitaksialna rast, ključna za oblikovanje struktur naprav, zahteva še strožji nadzor nad procesnimi parametri:

Visoko natančen nadzor:Hermetičnost komore, stabilnost tlaka, natančen čas in sestava dovajanja plina ter strog nadzor temperature so ključni za doseganje želenih lastnosti epitaksialne plasti. Te zahteve postanejo še strožje z naraščajočimi zahtevami glede napetosti naprave.

Enotnost in gostota napak:Ohranjanje enakomerne upornosti in nizke gostote napak v debelejših epitaksialnih slojih predstavlja velik izziv.

Napredni nadzorni sistemi:Sofisticirani elektromehanski krmilni sistemi z visokonatančnimi senzorji in aktuatorji so ključni za natančno in stabilno regulacijo parametrov. Napredni nadzorni algoritmi, ki so zmožni prilagajanja v realnem času na podlagi povratnih informacij procesa, so bistveni za krmarjenje po zapletenosti epitaksialne rasti SiC.

Premagovanje teh tehničnih ovir je bistveno za sprostitev celotnega potenciala tehnologije SiC. Neprekinjen napredek pri oblikovanju peči, nadzoru procesov in tehnikah spremljanja na kraju samem je ključnega pomena za spodbujanje široke uporabe tega obetavnega materiala v visoko zmogljivi elektroniki.**