Технічні проблеми в печах для вирощування кристалів карбіду кремнію

Печі для вирощування кристалів карбіду кремнію (SiC) є наріжним каменемSiC пластинавиробництва. Поділяючи схожість із традиційними печами для вирощування кристалів кремнію, печі з SiC стикаються з унікальними проблемами через екстремальні умови росту матеріалу та складні механізми утворення дефектів. Ці проблеми можна розділити на дві категорії: зростання кристалів і епітаксійне зростання.

Виклики росту кристалів:

Зростання кристалів SiC вимагає точного контролю над високотемпературним замкнутим середовищем, що робить моніторинг і керування процесом надзвичайно складним. Основні проблеми включають:

(1) Контроль теплового поля: підтримка стабільного та рівномірного температурного профілю в герметичній високотемпературній камері є критично важливою, але надзвичайно складною. На відміну від контрольованих процесів росту розплаву, які використовуються для кремнію, зростання кристалів SiC відбувається при температурі вище 2000 °C, що робить моніторинг і коригування в реальному часі майже неможливими. Точний контроль температури має першочергове значення для досягнення бажаних властивостей кристалів.

(2) Контроль політипу та дефектів: процес росту дуже чутливий до таких дефектів, як мікротрубки (MP), політипні включення та дислокації, кожен з яких впливає на якість кристала. МП, проникаючі в дефекти розміром кілька мікрон, особливо негативно впливають на роботу пристрою. SiC існує в більш ніж 200 політипах, лише структура 4H підходить для застосування в напівпровідниках. Контроль стехіометрії, температурних градієнтів, швидкості росту та динаміки газового потоку має важливе значення для мінімізації політипних включень. Крім того, температурні градієнти всередині камери росту можуть спричинити природний стрес, що призводить до різноманітних дислокацій (дислокації в базальній площині (BPD), дислокації гвинтів із різьбою (TSD), дислокації країв різьби (TED)), які впливають на подальшу епітаксію та продуктивність пристрою.

(3) Контроль домішок: досягнення точних профілів легування вимагає ретельного контролю зовнішніх домішок. Будь-яке ненавмисне забруднення може значно змінити електричні властивості кінцевого кристала.

(4) Повільна швидкість росту: кристали SiC ростуть повільно порівняно з кремнієм. У той час як кремнієвий злиток можна виростити за 3 дні, SiC вимагає 7 днів або більше, що значно впливає на ефективність виробництва та продуктивність.

Проблеми епітаксіального зростання:

Епітаксійне зростання SiC, важливе для формування структур пристроїв, вимагає ще суворішого контролю над параметрами процесу:

Високоточний контроль:Герметичність камери, стабільність тиску, точний час і склад подачі газу, а також суворий контроль температури є критичними для досягнення бажаних властивостей епітаксійного шару. Ці вимоги стають ще суворішими зі збільшенням вимог до напруги пристрою.

Однорідність і щільність дефектів:Підтримка рівномірного питомого опору та низької щільності дефектів у більш товстих епітаксійних шарах представляє серйозну проблему.

Розширені системи управління:Складні електромеханічні системи керування з високоточними датчиками та виконавчими механізмами мають вирішальне значення для точного та стабільного регулювання параметрів. Удосконалені алгоритми керування, здатні коригувати в режимі реального часу на основі зворотного зв’язку процесу, є важливими для навігації по складнощах епітаксійного росту SiC.

Подолання цих технічних перешкод має важливе значення для розкриття повного потенціалу технології SiC. Постійне вдосконалення дизайну печей, управління процесами та методів моніторингу на місці є життєво важливими для широкого впровадження цього багатообіцяючого матеріалу у високоефективній електроніці.**