Utfordringene med silisiumkarbidkrystallvekstovner

DeKrystallvekstovner kjerneutstyret for dyrking av silisiumkarbidkrystaller, og deler likheter med tradisjonelle silisiumkrystallvekstovner. Ovnstrukturen er ikke altfor kompleks, hovedsakelig bestående av ovnskroppen, varmesystemet, spiralstasjonsmekanismen, vakuuminnsamling og målesystem, gassforsyningssystem, kjølesystem og kontrollsystem. Det termiske feltet og prosessforholdene i ovnen bestemmer kritiske parametere som kvalitet, størrelse og elektrisk ledningsevne til silisiumkarbidkrystaller.

På den ene siden er temperaturen under silisiumkarbidkrystallvekst ekstremt høy og kan ikke overvåkes i sanntid, så de primære utfordringene ligger i selve prosessen.De viktigste utfordringene er som følger:

(1) Vanskeligheter med termisk feltkontroll: Overvåking i et forseglet høye temperaturkammer er utfordrende og ukontrollerbart. I motsetning til tradisjonell silisiumbasert løsningsbasert direkte-pull-krystallvekstutstyr, som har høye automatiseringsnivåer og gir mulighet for observerbare og justerbare vekstprosesser, vokser silisiumkarbidkrystaller i et forseglet miljø med høy temperatur over 2000 ° C, og presis temperaturkontroll er nødvendig under produksjonen, noe som gjør temperaturkontrollen svært utfordrende;

(2) Krystallstrukturkontrollutfordringer: Vekstprosessen er utsatt for defekter som mikrotubes, polymorfe inneslutninger og dislokasjoner, som interagerer og utvikler seg med hverandre.

Mikrotubes (MP) er defekter av gjennomgående type i størrelse fra flere mikrometer til titalls mikrometer, og regnes som morderdefekter for enheter; Silisiumkarbid enkeltkrystaller inkluderer over 200 forskjellige krystallstrukturer, men bare noen få krystallstrukturer (4H -type) er egnet som halvledermaterialer for produksjon. Krystallstrukturtransformasjoner under vekst kan føre til polymorfe urenhetsdefekter, så presis kontroll av silisium-til-karbon-forhold, veksttemperaturgradient, krystallveksthastighet og gasstrøm/trykkparametere er nødvendig;

I tillegg resulterer temperaturgradienter i det termiske feltet under silisiumkarbid enkeltkrystallvekst i primære indre belastninger og induserte defekter som dislokasjoner (basale plan -dislokasjoner BPD, Twist -dislokasjoner TSD og kantforskyvninger TED), som påvirker kvaliteten og ytelsen til de siste epitaksiale lag og enheter.

(3) Vanskeligheter med dopingkontroll: Ytre urenheter må kontrolleres strengt for å oppnå retningsdopede ledende krystaller;

(4) Sakte veksthastighet: Krystallveksthastigheten for silisiumkarbid er ekstremt treg. Mens tradisjonelle silisiummaterialer kan danne en krystallstang på bare 3 dager, krever silisiumkarbidkrystallstenger 7 dager, noe som resulterer i iboende lavere produksjonseffektivitet og sterkt begrenset produksjon.

På den annen side er parametrene forsilisiumkarbid epitaksial vekster ekstremt strenge, inkludert utstyrsforseglingsytelse, reaksjonskammertrykkstabilitet, presis kontroll av gassintroduksjonstid, nøyaktig gassforhold og streng håndtering av deponeringstemperatur. Spesielt når enhetsspenningsvurderinger øker, øker vanskeligheten med å kontrollere kjernepitaksiale wafer -parametere betydelig. I tillegg, når tykkelsen på det epitaksiale laget øker, har det blitt en annen stor utfordring å sikre ensartet resistivitet mens du opprettholder tykkelsen og reduserer defekttettheten.

I det elektriske kontrollsystemet er det nødvendig med høy presisjonsintegrasjon av sensorer og aktuatorer for å sikre at alle parametere er nøyaktig og stabilt regulert. Optimalisering av kontrollalgoritmer er også kritisk, ettersom de må kunne justere kontrollstrategier i sanntid basert på tilbakemeldingssignaler for å tilpasse seg forskjellige endringer under silisiumkarbidpitaksial vekstprosess.

Sentrale utfordringer i SIC -underlagsproduksjon:

Fra forsyningssiden, forSic krystallvekstovnerPå grunn av faktorer som lange sertifiseringssykluser for utstyr, høye kostnader forbundet med bytte av leverandører og stabilitetsrisiko, har innenlandske leverandører ennå ikke levert utstyr til internasjonale mainstream SIC -produsenter. Blant dem bruker internasjonale ledende silisiumkarbidprodusenter som Wolfspeed, Coherent og Rohm primært krystallvekstutstyr utviklet og produsert internt, mens andre internasjonale mainstream silisiumkarbidsubstratprodusenter primært kjøper krystallvekstutstyr fra tysk PVA Tepla og japansk Nissin Kikai Co., LT, LTD, Lta Tepla og japansk Nissin Kikai Co., LTAsk PVA Tepla og Japanese Nissin Kikai Co..