Provocări tehnice în cuptoarele de creștere a cristalelor cu carbură de siliciu

Cuptoarele de creștere a cristalelor cu carbură de siliciu (SiC) sunt piatra de temelie anapolitană SiCproducție. În timp ce împărtășesc asemănări cu cuptoarele tradiționale de creștere a cristalelor de siliciu, cuptoarele de SiC se confruntă cu provocări unice din cauza condițiilor extreme de creștere a materialului și a mecanismelor complexe de formare a defectelor. Aceste provocări pot fi clasificate în linii mari în două domenii: creșterea cristalelor și creșterea epitaxială.

Provocări pentru creșterea cristalelor:

Creșterea cristalelor de SiC necesită un control precis asupra unui mediu închis la temperatură ridicată, ceea ce face ca monitorizarea și controlul procesului să fie extrem de dificile. Provocările cheie includ:

(1) Controlul câmpului termic: Menținerea unui profil de temperatură stabil și uniform în camera etanșă, de temperatură înaltă este crucială, dar extrem de provocatoare. Spre deosebire de procesele controlabile de creștere a topiturii utilizate pentru siliciu, creșterea cristalelor de SiC are loc peste 2.000°C, ceea ce face ca monitorizarea și reglarea în timp real să fie aproape imposibilă. Controlul precis al temperaturii este esențial pentru a obține proprietățile dorite ale cristalului.

(2) Controlul politipului și al defectelor: Procesul de creștere este foarte susceptibil la defecte precum micropipe (MP), incluziuni de politip și dislocații, fiecare afectând calitatea cristalului. MP, defecte de penetrare de câțiva microni, sunt deosebit de dăunătoare performanței dispozitivului. SiC există în peste 200 de politipuri, doar cu structura 4H potrivită pentru aplicații cu semiconductori. Controlul stoichiometriei, gradienților de temperatură, ratei de creștere și dinamicii fluxului de gaz este esențial pentru a minimiza incluziunile politipului. În plus, gradienții termici din camera de creștere pot induce stres nativ, ceea ce duce la diverse luxații (dislocații ale planului bazal (BPD), dislocații ale șuruburilor filetate (TSD), dislocații ale marginilor filetate (TED)) care afectează epitaxia ulterioară și performanța dispozitivului.

(3) Controlul impurităților: Obținerea unor profiluri de dopaj precise necesită un control meticulos asupra impurităților externe. Orice contaminare neintenționată poate modifica semnificativ proprietățile electrice ale cristalului final.

(4) Rata de creștere lentă: creșterea cristalelor de SiC este în mod inerent lentă în comparație cu siliciul. În timp ce un lingou de siliciu poate fi cultivat în 3 zile, SiC necesită 7 zile sau mai mult, ceea ce afectează semnificativ eficiența producției și producția.

Provocări ale creșterii epitaxiale:

Creșterea epitaxială SiC, crucială pentru formarea structurilor dispozitivului, necesită un control și mai strict asupra parametrilor procesului:

Control de înaltă precizie:Ermeticitatea camerei, stabilitatea presiunii, momentul precis de livrare a gazului și compoziția și controlul strict al temperaturii sunt esențiale pentru obținerea proprietăților dorite ale stratului epitaxial. Aceste cerințe devin și mai stricte odată cu creșterea cerințelor de tensiune a dispozitivului.

Uniformitate și densitatea defectelor:Menținerea rezistivității uniforme și a densității scăzute a defectelor în straturile epitaxiale mai groase prezintă o provocare semnificativă.

Sisteme avansate de control:Sistemele de control electromecanice sofisticate cu senzori și actuatoare de înaltă precizie sunt cruciale pentru reglarea precisă și stabilă a parametrilor. Algoritmii de control avansati capabili de ajustare în timp real pe baza feedback-ului procesului sunt esențiali pentru a naviga prin complexitatea creșterii epitaxiale SiC.

Depășirea acestor obstacole tehnice este esențială pentru deblocarea întregului potențial al tehnologiei SiC. Progresele continue în proiectarea cuptorului, controlul procesului și tehnicile de monitorizare in-situ sunt vitale pentru adoptarea pe scară largă a acestui material promițător în electronica de înaltă performanță.**