Technikai kihívások a szilícium-karbid kristálynövesztő kemencékben

A szilícium-karbid (SiC) kristálynövesztő kemencék a sarokköveiSiC ostyatermelés. Miközben hasonlóak a hagyományos szilíciumkristály növesztőkemencékhez, a SiC kemencék egyedi kihívásokkal néznek szembe az anyag szélsőséges növekedési körülményei és bonyolult hibaképző mechanizmusai miatt. Ezek a kihívások nagyjából két területre oszthatók: kristálynövekedés és epitaxiális növekedés.

A kristálynövekedés kihívásai:

A szilícium-karbid kristálynövekedés precíz szabályozást igényel magas hőmérsékletű, zárt környezetben, ami rendkívül megnehezíti a monitorozást és a folyamatvezérlést. A legfontosabb kihívások a következők:

(1) A hőtér szabályozása: A stabil és egyenletes hőmérsékleti profil fenntartása a zárt, magas hőmérsékletű kamrában kulcsfontosságú, ugyanakkor rendkívül kihívást jelent. A szilíciumhoz használt szabályozható olvadéknövekedési eljárásokkal ellentétben a SiC kristálynövekedés 2000 °C felett megy végbe, ami szinte lehetetlenné teszi a valós idejű megfigyelést és beállítást. A kívánt kristálytulajdonságok eléréséhez elengedhetetlen a pontos hőmérsékletszabályozás.

(2) Politípus és hibaellenőrzés: A növekedési folyamat nagyon érzékeny az olyan hibákra, mint a mikrocsövek (MP), politípus zárványok és diszlokációk, amelyek mindegyike befolyásolja a kristály minőségét. Az MP-k, amelyek több mikron méretű áthatoló hibákat okoznak, különösen rontják az eszköz teljesítményét. A SiC több mint 200 politípusban létezik, csak a 4H szerkezet alkalmas félvezető alkalmazásokra. A sztöchiometria, a hőmérsékleti gradiensek, a növekedési sebesség és a gázáramlási dinamika szabályozása elengedhetetlen a politípus zárványok minimalizálásához. Ezenkívül a termikus gradiensek a növekedési kamrán belül natív stresszt válthatnak ki, ami különféle diszlokációkhoz (alapsík-diszlokációkhoz (BPD-k), menetcsavar-dilokációkhoz (TSD-k), menetél-diszlokációkhoz (TED-ek) vezethet, amelyek befolyásolják a későbbi epitaxiát és az eszköz teljesítményét.

(3) Szennyeződés-ellenőrzés: A pontos adalékolási profilok eléréséhez a külső szennyeződések aprólékos ellenőrzésére van szükség. Bármilyen nem szándékos szennyeződés jelentősen megváltoztathatja a végső kristály elektromos tulajdonságait.

(4) Lassú növekedési sebesség: A SiC kristálynövekedés a szilíciumhoz képest eleve lassú. Míg a szilícium tuskó 3 nap alatt termeszthető, a SiC-hez 7 vagy több napra van szükség, ami jelentősen befolyásolja a termelés hatékonyságát és teljesítményét.

Az epitaxiális növekedési kihívások:

A SiC epitaxiális növekedése, amely kulcsfontosságú az eszközszerkezetek kialakításához, még szigorúbb ellenőrzést igényel a folyamatparaméterek felett:

Nagy pontosságú vezérlés:A kamra hermetikussága, a nyomásstabilitás, a pontos gázszállítási időzítés és összetétel, valamint a szigorú hőmérséklet-szabályozás kritikus fontosságúak a kívánt epitaxiális rétegtulajdonságok eléréséhez. Ezek a követelmények még szigorúbbá válnak a növekvő készülékfeszültség-igényekkel.

Egyenletesség és hibasűrűség:Az egyenletes ellenállás és az alacsony hibasűrűség fenntartása vastagabb epitaxiális rétegekben jelentős kihívást jelent.

Fejlett vezérlőrendszerek:A kifinomult elektromechanikus vezérlőrendszerek nagy pontosságú érzékelőkkel és aktuátorokkal kulcsfontosságúak a pontos és stabil paraméterszabályozáshoz. A folyamat visszacsatolása alapján valós idejű beállításra képes fejlett vezérlőalgoritmusok elengedhetetlenek a SiC epitaxiális növekedés bonyolultságaiban való navigáláshoz.

E technikai akadályok leküzdése elengedhetetlen a SiC-technológiában rejlő teljes potenciál kiaknázásához. A kemencék tervezésében, a folyamatirányításban és a helyszíni felügyeleti technikákban végzett folyamatos fejlesztések létfontosságúak ennek az ígéretes anyagnak a nagy teljesítményű elektronikában való széles körű elterjedéséhez.**