Tekniske utfordringer i silisiumkarbidkrystallvekstovner

Silisiumkarbid (SiC) krystallvekstovner er hjørnesteinen iSiC waferproduksjon. Mens de deler likheter med tradisjonelle silisiumkrystallvekstovner, står SiC-ovner overfor unike utfordringer på grunn av materialets ekstreme vekstforhold og komplekse defektdannelsesmekanismer. Disse utfordringene kan grovt kategoriseres i to områder: krystallvekst og epitaksial vekst.

Krystallvekstutfordringer:

SiC-krystallvekst krever presis kontroll over et lukket miljø med høy temperatur, noe som gjør overvåking og prosesskontroll eksepsjonelt vanskelig. Sentrale utfordringer inkluderer:

(1) Termisk feltkontroll: Å opprettholde en stabil og jevn temperaturprofil i det forseglede høytemperaturkammeret er avgjørende, men likevel ekstremt utfordrende. I motsetning til de kontrollerbare smeltevekstprosessene som brukes for silisium, skjer SiC-krystallvekst over 2000 °C, noe som gjør sanntidsovervåking og justering nesten umulig. Nøyaktig temperaturkontroll er avgjørende for å oppnå ønskede krystallegenskaper.

(2) Polytype og defektkontroll: Vekstprosessen er svært utsatt for defekter som mikrorør (MP), polytype inneslutninger og dislokasjoner, som hver påvirker krystallkvaliteten. MPer, ​​penetrerende defekter som er flere mikron i størrelse, er spesielt skadelige for enhetens ytelse. SiC finnes i over 200 polytyper, med bare 4H-strukturen egnet for halvlederapplikasjoner. Kontroll av støkiometri, temperaturgradienter, veksthastighet og gassstrømdynamikk er avgjørende for å minimere polytype-inneslutninger. Videre kan termiske gradienter i vekstkammeret indusere naturlig stress, noe som fører til forskjellige dislokasjoner (basalplandislokasjoner (BPD), gjengeskrue dislokasjoner (TSD), gjengekantdislokasjoner (TEDs)) som påvirker påfølgende epitaksi og enhetens ytelse.

(3) Urenhetskontroll: Å oppnå presise dopingprofiler krever grundig kontroll over eksterne urenheter. Enhver utilsiktet forurensning kan betydelig endre de elektriske egenskapene til den endelige krystallen.

(4) Langsom veksthastighet: SiC-krystallvekst er iboende langsom sammenlignet med silisium. Mens en silisiumbarre kan dyrkes på 3 dager, krever SiC 7 dager eller mer, noe som påvirker produksjonseffektiviteten og produksjonen betydelig.

Epitaksielle vekstutfordringer:

SiC epitaksial vekst, avgjørende for å danne enhetsstrukturer, krever enda tettere kontroll over prosessparametere:

Høypresisjonskontroll:Kammerhermetisitet, trykkstabilitet, presis gassleveringstidspunkt og sammensetning, og streng temperaturkontroll er avgjørende for å oppnå ønskede epitaksiale lagegenskaper. Disse kravene blir enda strengere med økende enhetsspenningskrav.

Ensartethet og defekttetthet:Å opprettholde jevn resistivitet og lav defekttetthet i tykkere epitaksiale lag er en betydelig utfordring.

Avanserte kontrollsystemer:Sofistikerte elektromekaniske kontrollsystemer med høypresisjonssensorer og aktuatorer er avgjørende for nøyaktig og stabil parameterregulering. Avanserte kontrollalgoritmer som er i stand til sanntidsjustering basert på prosessfeedback er avgjørende for å navigere i kompleksiteten til SiC epitaksial vekst.

Å overvinne disse tekniske hindringene er avgjørende for å frigjøre det fulle potensialet til SiC-teknologi. Fortsatte fremskritt innen ovnsdesign, prosesskontroll og in-situ overvåkingsteknikker er avgjørende for å drive den utbredte bruken av dette lovende materialet i høyytelseselektronikk.**