Tekniska utmaningar i kiselkarbidkristalltillväxtugnar

Kiselkarbid (SiC) kristalltillväxtugnar är hörnstenen iSiC waferproduktion. Samtidigt som de delar likheter med traditionella kiselkristalltillväxtugnar står SiC-ugnar inför unika utmaningar på grund av materialets extrema tillväxtförhållanden och komplexa defektbildningsmekanismer. Dessa utmaningar kan brett kategoriseras i två områden: kristalltillväxt och epitaxiell tillväxt.

Kristalltillväxtutmaningar:

SiC crystal growth demands precise control over a high-temperature, enclosed environment, making monitoring and process control exceptionally difficult. Key challenges include:

(1) Termisk fältkontroll: Att upprätthålla en stabil och enhetlig temperaturprofil i den förseglade högtemperaturkammaren är avgörande men ändå extremt utmanande. Till skillnad från de kontrollerbara smälttillväxtprocesserna som används för kisel sker SiC-kristalltillväxt över 2 000 °C, vilket gör övervakning och justering i realtid nästan omöjlig. Exakt temperaturkontroll är avgörande för att uppnå önskade kristallegenskaper.

(2) Polytyp och defektkontroll: Tillväxtprocessen är mycket känslig för defekter som mikrorör (MPs), polytypinneslutningar och dislokationer, var och en påverkar kristallkvaliteten. MPs, genomträngande defekter som är flera mikrometer i storlek, är särskilt skadliga för enhetens prestanda. SiC finns i över 200 polytyper, med endast 4H-strukturen lämplig för halvledarapplikationer. Att kontrollera stökiometri, temperaturgradienter, tillväxthastighet och gasflödesdynamik är avgörande för att minimera polytypinneslutningar. Dessutom kan termiska gradienter i tillväxtkammaren inducera naturlig stress, vilket leder till olika dislokationer (basalplandislokationer (BPD), gängskruvdislokationer (TSD), gängkantsdislokationer (TEDs)) som påverkar efterföljande epitaxi och enhetens prestanda.

(3) Föroreningskontroll: Att uppnå exakta dopningsprofiler kräver noggrann kontroll över externa föroreningar. All oavsiktlig kontaminering kan avsevärt förändra den slutliga kristallens elektriska egenskaper.

(4) Långsam tillväxthastighet: SiC-kristalltillväxten är i sig långsam jämfört med kisel. Medan ett kiselgöt kan odlas på 3 dagar, kräver SiC 7 dagar eller mer, vilket avsevärt påverkar produktionseffektiviteten och produktionen.

Epitaxial tillväxtutmaningar:

SiC epitaxiell tillväxt, avgörande för att forma enhetsstrukturer, kräver ännu strängare kontroll över processparametrar:

Högprecisionskontroll:Kammarhermeticitet, tryckstabilitet, exakt gastillförseltidpunkt och sammansättning och strikt temperaturkontroll är avgörande för att uppnå önskade epitaxiella skiktegenskaper. Dessa krav blir ännu strängare med ökande krav på enhetens spänning.

Likhet och defektdensitet:Att upprätthålla enhetlig resistivitet och låg defektdensitet i tjockare epitaxiella skikt utgör en betydande utmaning.

Avancerade styrsystem:Sofistikerade elektromekaniska styrsystem med högprecisionssensorer och ställdon är avgörande för exakt och stabil parameterreglering. Avancerade kontrollalgoritmer som kan justeras i realtid baserat på processåterkoppling är viktiga för att navigera i komplexiteten i SiC epitaxiell tillväxt.

Att övervinna dessa tekniska hinder är avgörande för att frigöra SiC-teknikens fulla potential. Fortsatta framsteg inom ugnsdesign, processtyrning och in-situ övervakningstekniker är avgörande för att driva på den utbredda användningen av detta lovande material inom högpresterande elektronik.**