Tekniske udfordringer i siliciumcarbid krystalvækstovne

Siliciumcarbid (SiC) krystalvækstovne er hjørnestenen iSiC waferproduktion. Mens de deler ligheder med traditionelle siliciumkrystalvækstovne, står SiC-ovne over for unikke udfordringer på grund af materialets ekstreme vækstbetingelser og komplekse defektdannelsesmekanismer. Disse udfordringer kan bredt kategoriseres i to områder: krystalvækst og epitaksial vækst.

Krystalvækstudfordringer:

SiC-krystalvækst kræver præcis kontrol over et lukket miljø med høj temperatur, hvilket gør overvågning og proceskontrol usædvanligt vanskelig. Nøgleudfordringer omfatter:

(1) Termisk feltkontrol: At opretholde en stabil og ensartet temperaturprofil i det forseglede højtemperaturkammer er afgørende, men alligevel ekstremt udfordrende. I modsætning til de kontrollerbare smeltevækstprocesser, der anvendes til silicium, sker SiC-krystalvækst over 2.000 °C, hvilket gør overvågning og justering i realtid næsten umulig. Præcis temperaturkontrol er altafgørende for at opnå de ønskede krystalegenskaber.

(2) Polytype- og defektkontrol: Vækstprocessen er meget følsom over for defekter som mikrorør (MP'er), polytype-indeslutninger og dislokationer, der hver påvirker krystalkvaliteten. MP'er, der penetrerer defekter på flere mikrometer i størrelse, er særligt skadelige for enhedens ydeevne. SiC findes i over 200 polytyper, med kun 4H-strukturen egnet til halvlederapplikationer. Styring af støkiometri, temperaturgradienter, væksthastighed og gasstrømningsdynamik er afgørende for at minimere polytype-indeslutninger. Desuden kan termiske gradienter i vækstkammeret inducere naturlig stress, hvilket fører til forskellige dislokationer (basalplan dislokationer (BPD'er), gevindskrue dislokationer (TSD'er), gevindkant dislokationer (TED'er)), som påvirker efterfølgende epitaksi og enhedens ydeevne.

(3) Urenhedskontrol: At opnå præcise dopingprofiler kræver omhyggelig kontrol over eksterne urenheder. Enhver utilsigtet forurening kan væsentligt ændre den endelige krystals elektriske egenskaber.

(4) Langsom væksthastighed: SiC-krystalvækst er i sagens natur langsom sammenlignet med silicium. Mens en siliciumbarre kan dyrkes på 3 dage, kræver SiC 7 dage eller mere, hvilket væsentligt påvirker produktionseffektiviteten og outputtet.

Epitaksielle vækstudfordringer:

SiC epitaksial vækst, afgørende for dannelse af enhedsstrukturer, kræver endnu strammere kontrol over procesparametre:

Højpræcisionskontrol:Kammerhermeticitet, trykstabilitet, præcis gasleveringstidspunkt og sammensætning og streng temperaturkontrol er afgørende for at opnå de ønskede epitaksiale lagegenskaber. Disse krav bliver endnu strengere med stigende krav til enhedens spænding.

Ensartethed og defekttæthed:Opretholdelse af ensartet resistivitet og lav defekttæthed i tykkere epitaksiale lag udgør en betydelig udfordring.

Avancerede kontrolsystemer:Sofistikerede elektromekaniske styresystemer med højpræcisionssensorer og aktuatorer er afgørende for nøjagtig og stabil parameterregulering. Avancerede kontrolalgoritmer, der kan justeres i realtid baseret på procesfeedback, er afgørende for at navigere i kompleksiteten af ​​SiC epitaksial vækst.

At overvinde disse tekniske forhindringer er afgørende for at frigøre SiC-teknologiens fulde potentiale. Fortsatte fremskridt inden for ovndesign, proceskontrol og in-situ overvågningsteknikker er afgørende for at drive den udbredte anvendelse af dette lovende materiale inden for højtydende elektronik.**