Technické výzvy v peci na rast kryštálov z karbidu kremíka

Pece na rast kryštálov z karbidu kremíka (SiC) sú základným kameňomSiC oblátkavýroby. Zatiaľ čo zdieľajú podobnosti s tradičnými pecami na rast kremíkových kryštálov, pece SiC čelia jedinečným výzvam v dôsledku extrémnych podmienok rastu materiálu a zložitých mechanizmov tvorby defektov. Tieto výzvy možno vo všeobecnosti rozdeliť do dvoch oblastí: rast kryštálov a epitaxný rast.

Výzvy kryštálového rastu:

Rast kryštálov SiC vyžaduje presnú kontrolu nad vysokoteplotným uzavretým prostredím, čo sťažuje monitorovanie a riadenie procesu. Medzi kľúčové výzvy patria:

(1) Kontrola tepelného poľa: Udržiavanie stabilného a rovnomerného teplotného profilu v uzavretej, vysokoteplotnej komore je kľúčové, no zároveň mimoriadne náročné. Na rozdiel od kontrolovateľných procesov rastu taveniny používaných pre kremík, rast kryštálov SiC nastáva pri teplotách nad 2 000 °C, takže monitorovanie a nastavenie v reálnom čase je takmer nemožné. Presná regulácia teploty je prvoradá pre dosiahnutie požadovaných vlastností kryštálov.

(2) Kontrola polytypov a defektov: Proces rastu je vysoko náchylný na defekty, ako sú mikrorúrky (MP), polytypové inklúzie a dislokácie, pričom každý z nich má vplyv na kvalitu kryštálov. MP, prenikajúce defekty s veľkosťou niekoľkých mikrónov, sú obzvlášť škodlivé pre výkon zariadenia. SiC existuje vo viac ako 200 polytypoch, pričom iba štruktúra 4H je vhodná pre polovodičové aplikácie. Riadenie stechiometrie, teplotných gradientov, rýchlosti rastu a dynamiky prúdenia plynu je nevyhnutné na minimalizáciu polytypových inklúzií. Okrem toho tepelné gradienty v rastovej komore môžu vyvolať natívny stres, čo vedie k rôznym dislokáciám (dislokácie bazálnej roviny (BPD), dislokácie závitových skrutiek (TSD), dislokácie závitových hrán (TED)), ktoré ovplyvňujú následnú epitaxiu a výkon zariadenia.

(3) Kontrola nečistôt: Dosiahnutie presných dopingových profilov si vyžaduje starostlivú kontrolu vonkajších nečistôt. Akákoľvek neúmyselná kontaminácia môže výrazne zmeniť elektrické vlastnosti konečného kryštálu.

(4) Pomalá rýchlosť rastu: Rast kryštálov SiC je v porovnaní s kremíkom prirodzene pomalý. Zatiaľ čo kremíkový ingot možno vypestovať za 3 dni, SiC vyžaduje 7 dní alebo viac, čo výrazne ovplyvňuje efektivitu výroby a výstup.

Výzvy epitaxného rastu:

Epitaxný rast SiC, ktorý je rozhodujúci pre vytváranie štruktúr zariadení, vyžaduje ešte prísnejšiu kontrolu nad procesnými parametrami:

Vysoko presné ovládanie:Hermeticita komory, tlaková stabilita, presné načasovanie a zloženie plynu a prísna kontrola teploty sú rozhodujúce pre dosiahnutie požadovaných vlastností epitaxnej vrstvy. Tieto požiadavky sú ešte prísnejšie so zvyšujúcimi sa požiadavkami na napätie zariadenia.

Rovnomernosť a hustota defektov:Udržiavanie rovnomerného odporu a nízkej hustoty defektov v hrubších epitaxných vrstvách predstavuje významnú výzvu.

Pokročilé riadiace systémy:Sofistikované elektromechanické riadiace systémy s vysoko presnými snímačmi a akčnými členmi sú kľúčové pre presnú a stabilnú reguláciu parametrov. Pokročilé riadiace algoritmy schopné úpravy v reálnom čase na základe spätnej väzby procesu sú nevyhnutné na navigáciu v zložitosti epitaxného rastu SiC.

Prekonanie týchto technických prekážok je nevyhnutné pre využitie plného potenciálu technológie SiC. Neustály pokrok v konštrukcii pecí, riadení procesu a monitorovacích technikách in situ je životne dôležitý na podporu širokého prijatia tohto sľubného materiálu vo vysokovýkonnej elektronike.**