Udfordringerne ved siliciumcarbidkrystallvækstovne

DeKrystalvækstovner kerneudstyret til dyrkning af siliciumcarbidkrystaller, der deler ligheder med traditionelle siliciumkrystallvækstovne. Ovnstrukturen er ikke alt for kompleks, primært bestående af ovnlegemet, varmesystemet, spiraldrevmekanisme, vakuumindsamling og målesystem, gasforsyningssystem, kølesystem og kontrolsystem. De termiske felt- og procesforhold inden for ovnen bestemmer kritiske parametre, såsom kvalitet, størrelse og elektrisk ledningsevne af siliciumcarbidkrystaller.

På den ene side er temperaturen under siliciumcarbidkrystallvækst ekstremt høj og kan ikke overvåges i realtid, så de primære udfordringer ligger i selve processen.De største udfordringer er som følger:

(1) Sværhedsgrad i termisk feltkontrol: Overvågning i et forseglet højt-temperaturkammer er udfordrende og ukontrollerbar. I modsætning til traditionel siliciumbaseret opløsningsbaseret direkte-pull-krystalvækstudstyr, der har høje automatiseringsniveauer og muliggør observerbare og justerbare vækstprocesser, kræves siliciumcarbidkrystaller i et forseglet højtemperaturmiljø over 2.000 ° C, og præcis temperaturstyring kræves under produktionen, hvilket gør temperaturstyring meget udfordrende;

(2) Krystallstrukturkontroludfordringer: Vækstprocessen er tilbøjelig til defekter såsom mikrotubes, polymorfe indeslutninger og dislokationer, der interagerer og udvikler sig med hinanden.

Mikrotubes (MP) er gennem defekter af typen i størrelse fra flere mikrometer til titusinder af mikrometer og betragtes som morderdefekter for enheder; Siliciumcarbid -enkeltkrystaller inkluderer over 200 forskellige krystalstrukturer, men kun et par krystalstrukturer (4H -type) er egnede som halvledermaterialer til produktion. Krystalstrukturtransformationer under vækst kan føre til polymorfe urenhedsdefekter, så præcis kontrol af silicium-til-carbon-forhold, væksttemperaturgradient, krystalvæksthastighed og gasstrøm/trykparametre er påkrævet;

Derudover resulterer temperaturgradienter i det termiske felt under siliciumcarbid -enkeltkrystallvækst i primære interne spændinger og inducerede defekter, såsom dislokationer (basale plan dislokationer BPD, drejningslokationer TSD og kantdislokationer TED), der påvirker kvaliteten og ydeevnen for efterfølgende epitaksiale lag og enheder.

(3) Sværhedsgrad i dopingkontrol: Eksterne urenheder skal kontrolleres strengt for at opnå retningsbestemt dopede ledende krystaller;

(4) langsom væksthastighed: Krystallvæksthastigheden for siliciumcarbid er ekstremt langsom. Mens traditionelle siliciummaterialer kan danne en krystalstang på kun 3 dage, kræver siliciumcarbidkrystallstænger 7 dage, hvilket resulterer i iboende lavere produktionseffektivitet og alvorligt begrænset output.

På den anden side parametrene tilSiliciumcarbid -epitaksial vækster ekstremt strenge, herunder udstyrsforseglingsydelse, reaktionskammertrykstabilitet, præcis kontrol af gasintroduktionstid, nøjagtigt gasforhold og streng håndtering af deponeringstemperatur. Især når enhedsspændingsvurderinger øges, øges vanskeligheden ved at kontrollere kerne -epitaksiale wafer -parametre markant. Efterhånden som tykkelsen af ​​det epitaksiale lag øges, er det at sikre ensartet resistivitet, samtidig med at det er en stor udfordring at opretholde tykkelse og reducere defektdensiteten.

I det elektriske kontrolsystem kræves den højpræcisionsintegration af sensorer og aktuatorer for at sikre, at alle parametre er nøjagtigt og stabilt reguleret. Optimering af kontrolalgoritmer er også kritisk, da de skal være i stand til at justere kontrolstrategier i realtid baseret på feedbacksignaler for at tilpasse sig forskellige ændringer under siliciumcarbidepitaksialvækstprocessen.

De vigtigste udfordringer i SIC -substratfremstilling:

Fra forsyningssiden, forSic krystalvækstovne, på grund af faktorer som certificeringscyklusser med lang udstyr, høje omkostninger forbundet med at skifte leverandører og stabilitetsrisici, har indenlandske leverandører endnu ikke leveret udstyr til internationale mainstream SIC -producenter. Blandt dem bruger internationale førende siliciumcarbidproducenter såsom Wolfspeed, Coherent og ROHM primært krystalvækstudstyr udviklet og produceret internt, mens andre internationale mainstream Silicon Carbide-substratproducenter primært køber krystalvækstudstyr fra tysk PVA Tepla og Japanese Nissin Kikai Co., LTD.