Utmaningarna med kiselkarbidkristalltillväxtugnar

Dekristalltillväxtugnär kärnutrustningen för växande kiselkarbidkristaller och delar likheter med traditionella kiselkristalltillväxtugnar. Ugnsstrukturen är inte alltför komplex, främst bestående av ugnskroppen, värmesystemet, spoldrivmekanismen, vakuumförvärv och mätsystem, gasförsörjningssystem, kylsystem och styrsystem. Det termiska fältet och processförhållandena i ugnen bestämmer kritiska parametrar såsom kvalitet, storlek och elektrisk konduktivitet hos kiselkarbidkristallerna.

Å ena sidan är temperaturen under kiselkarbidkristalltillväxten extremt hög och kan inte övervakas i realtid, så de primära utmaningarna ligger i själva processen.De viktigaste utmaningarna är följande:

(1) Svårigheter i termisk fältkontroll: Övervakning i en förseglad högtemperaturkammare är utmanande och okontrollerbar. Till skillnad från traditionell kiselbaserad lösningsbaserad direkt-pull kristalltillväxtutrustning, som har höga automatiseringsnivåer och möjliggör observerbara och justerbara tillväxtprocesser, krävs kiselkarbidkristaller i en förseglad högtemperaturmiljö över 2 000 ° C, och exakt temperaturkontroll krävs under produktionen, vilket gör temperaturkontroll mycket utmanande;

(2) Kristallstrukturkontrollutmaningar: Tillväxtprocessen är benägen att defekter som mikrotub, polymorfa inneslutningar och dislokationer, som interagerar och utvecklas med varandra.

Microtubes (MP) är genom-typfel som sträcker sig från flera mikrometer till tiotals mikrometer och betraktas som mördarefel för enheter; Silikonkarbid Enkelkristaller inkluderar över 200 olika kristallstrukturer, men endast ett fåtal kristallstrukturer (4 timmar) är lämpliga som halvledarmaterial för produktion. Kristallstrukturomvandlingar under tillväxt kan leda till polymorfa föroreningsfel, så exakt kontroll av kisel-till-kol-förhållandet, tillväxttemperaturgradient, kristalltillväxt och gasflödes/tryckparametrar krävs;

Dessutom resulterar temperaturgradienter i det termiska fältet under kiselkarbid tillväxt av enstaka kristaller i primära inre spänningar och inducerade defekter såsom dislokationer (basalplan dislokationer BPD, vridning av dislokationer TSD och kantskivor ted), som påverkar kvaliteten och prestandan för efterföljande epitaxiala skikt och enheter.

(3) Svårigheter i dopningskontroll: Yttre föroreningar måste kontrolleras strikt för att erhålla riktad dopade ledande kristaller;

(4) Långsam tillväxttakt: Kristalltillväxthastigheten för kiselkarbid är extremt långsam. Medan traditionella kiselmaterial kan bilda en kristallstång på bara 3 dagar, kräver kiselkarbidkristallstavar 7 dagar, vilket resulterar i i sig lägre produktionseffektivitet och allvarligt begränsad produktion.

Å andra sidan parametrarna förkiselkarbid epitaxial tillväxtär extremt stränga, inklusive utrustningstätningsprestanda, reaktionskammartrycksstabilitet, exakt kontroll av gasintroduktionstiden, exakt gasförhållande och strikt hantering av avsättningstemperatur. Speciellt när enhetsspänningsvärden ökar ökar svårigheten att kontrollera kärnepitaxiala skivparametrar avsevärt. När tjockleken på det epitaxiella skiktet ökar, har det att säkerställa enhetlig resistivitet samtidigt som man bibehåller tjocklek och minskning av defektdensiteten blivit en annan stor utmaning.

I det elektriska styrsystemet krävs högprecisionsintegration av sensorer och ställdon för att säkerställa att alla parametrar regleras exakt och stabilt. Optimering av kontrollalgoritmer är också kritisk, eftersom de måste kunna justera kontrollstrategier i realtid baserat på återkopplingssignaler för att anpassa sig till olika förändringar under kiselkarbidens epitaxial tillväxtprocess.

Viktiga utmaningar i SIC -underlagstillverkning:

Från leveranssidan, förSic kristalltillväxtugnarPå grund av faktorer som långa certifieringscykler, höga kostnader för att byta leverantörer och stabilitetsrisker har inhemska leverantörer ännu inte levererat utrustning till internationella mainstream -tillverkare. Bland dem använder internationella ledande kiselkarbidtillverkare som varghastighet, sammanhängande och ROHM främst kristalltillväxtutrustning utvecklad och producerad internt, medan andra internationella mainstream kiselkarbid-substrattillverkare främst köper kristalltillväxtutrustning från tyska PVA TePla och japanska Nissin Kikai Co., Ltd.