Technické výzvy v pecích pro růst krystalů z karbidu křemíku

Základním kamenem jsou pece pro růst krystalů karbidu křemíku (SiC).SiC oplatkavýroba. Zatímco sdílejí podobnosti s tradičními pecemi pro růst krystalů křemíku, pece SiC čelí jedinečným výzvám kvůli extrémním podmínkám růstu materiálu a složitým mechanismům tvorby defektů. Tyto problémy lze obecně rozdělit do dvou oblastí: růst krystalů a epitaxní růst.

Úkoly křišťálového růstu:

Růst krystalů SiC vyžaduje přesnou kontrolu v uzavřeném prostředí s vysokou teplotou, což činí monitorování a řízení procesu mimořádně obtížné. Mezi klíčové výzvy patří:

(1) Řízení tepelného pole: Udržování stabilního a rovnoměrného teplotního profilu v uzavřené, vysokoteplotní komoře je zásadní, ale extrémně náročné. Na rozdíl od řiditelných procesů růstu taveniny používaných pro křemík dochází k růstu krystalů SiC nad 2 000 °C, takže monitorování a nastavení v reálném čase je téměř nemožné. Přesná regulace teploty je rozhodující pro dosažení požadovaných vlastností krystalů.

(2) Kontrola polytypů a defektů: Proces růstu je vysoce citlivý na defekty, jako jsou mikropipe (MP), polytypové inkluze a dislokace, z nichž každý ovlivňuje kvalitu krystalu. MP, penetrující defekty o velikosti několika mikronů, jsou zvláště škodlivé pro výkon zařízení. SiC existuje ve více než 200 polytypech, přičemž pouze struktura 4H je vhodná pro polovodičové aplikace. Řízení stechiometrie, teplotních gradientů, rychlosti růstu a dynamiky proudění plynu je nezbytné pro minimalizaci polytypových inkluzí. Kromě toho mohou tepelné gradienty v růstové komoře vyvolat nativní napětí, což vede k různým dislokacím (dislokace v bazální rovině (BPD), dislokace závitových šroubů (TSD), dislokace hran závitů (TED)), které ovlivňují následnou epitaxi a výkon zařízení.

(3) Kontrola nečistot: Dosažení přesných dopingových profilů vyžaduje pečlivou kontrolu nad vnějšími nečistotami. Jakákoli nezamýšlená kontaminace může významně změnit elektrické vlastnosti konečného krystalu.

(4) Pomalá rychlost růstu: Růst krystalů SiC je ve srovnání s křemíkem přirozeně pomalý. Zatímco křemíkový ingot lze vypěstovat za 3 dny, SiC vyžaduje 7 dní nebo více, což významně ovlivňuje efektivitu výroby a výstup.

Výzvy epitaxního růstu:

Epitaxní růst SiC, rozhodující pro vytváření struktur zařízení, vyžaduje ještě přísnější kontrolu nad parametry procesu:

Vysoce přesné ovládání:Pro dosažení požadovaných vlastností epitaxní vrstvy je rozhodující hermetičnost komory, tlaková stabilita, přesné načasování a složení dodávky plynu a přísná kontrola teploty. Tyto požadavky se stávají ještě přísnějšími s rostoucími požadavky na napětí zařízení.

Jednotnost a hustota defektů:Udržení jednotného odporu a nízké hustoty defektů v tlustších epitaxních vrstvách představuje významnou výzvu.

Pokročilé řídicí systémy:Pro přesnou a stabilní regulaci parametrů jsou klíčové sofistikované elektromechanické řídicí systémy s vysoce přesnými senzory a akčními členy. Pokročilé řídicí algoritmy schopné úpravy v reálném čase na základě zpětné vazby procesu jsou nezbytné pro navigaci ve složitosti epitaxního růstu SiC.

Překonání těchto technických překážek je nezbytné pro využití plného potenciálu technologie SiC. Neustálé pokroky v konstrukci pece, řízení procesu a monitorovacích technikách in-situ jsou životně důležité pro široké přijetí tohoto slibného materiálu ve vysoce výkonné elektronice.**