Tehnilised väljakutsed ränikarbiidist kristallide kasvatamise ahjudes

Ränikarbiidist (SiC) kristallide kasvuahjud on nurgakiviSiC vahveltootmine. Kuigi jagades sarnasusi traditsiooniliste ränikristallide kasvuahjudega, seisavad ränikarbiidi ahjud silmitsi ainulaadsete väljakutsetega, mis on tingitud materjali äärmuslikest kasvutingimustest ja keerukatest defektide tekkemehhanismidest. Need väljakutsed võib laias laastus jagada kahte valdkonda: kristallide kasv ja epitaksiaalne kasv.

Kristallide kasvu väljakutsed:

SiC kristallide kasvatamine nõuab täpset juhtimist kõrge temperatuuriga suletud keskkonnas, mis muudab jälgimise ja protsesside juhtimise erakordselt keeruliseks. Peamised väljakutsed hõlmavad järgmist:

(1) Soojusvälja juhtimine: stabiilse ja ühtlase temperatuuriprofiili säilitamine suletud kõrge temperatuuriga kambris on ülioluline, kuid samas äärmiselt keeruline. Erinevalt räni puhul kasutatavatest kontrollitavatest sulamisprotsessidest kasvab SiC kristallide kasv üle 2000 °C, mistõttu on reaalajas jälgimine ja reguleerimine peaaegu võimatu. Täpne temperatuuri reguleerimine on soovitud kristalli omaduste saavutamiseks ülimalt oluline.

(2) Polütüübi ja defektide kontroll: kasvuprotsess on väga vastuvõtlik sellistele defektidele nagu mikrotorud (MP-d), polütüüpi kandmised ja dislokatsioonid, millest igaüks mõjutab kristallide kvaliteeti. MP-d, mis läbistavad mitme mikroni suurused defektid, kahjustavad eriti seadme jõudlust. SiC on olemas üle 200 polütüübi, millest ainult 4H struktuur sobib pooljuhtide rakendusteks. Stöhhiomeetria, temperatuurigradientide, kasvukiiruse ja gaasivoolu dünaamika kontrollimine on polütüüpide lisamise minimeerimiseks hädavajalik. Lisaks võivad kasvukambris olevad termilised gradiendid esile kutsuda natiivset stressi, põhjustades mitmesuguseid nihkeid (baastasapinna nihestused (BPD), keermestuskruvi nihestused (TSD-d), keermeservade nihestused (TED)), mis mõjutavad järgnevat epitaksiat ja seadme jõudlust.

(3) Lisandite kontroll: täpsete dopinguprofiilide saavutamine nõuab väliste lisandite täpset kontrolli. Igasugune soovimatu saastumine võib oluliselt muuta lõpliku kristalli elektrilisi omadusi.

(4) Aeglane kasvukiirus: ränikarbiidi kristallide kasv on räniga võrreldes aeglane. Kui räni valuplokki saab kasvatada 3 päevaga, siis ränikarbid vajab 7 päeva või rohkem, mis mõjutab oluliselt tootmise efektiivsust ja toodangut.

Epitaksiaalse kasvu probleemid:

SiC epitaksiaalne kasv, mis on seadme struktuuride moodustamiseks ülioluline, nõuab veelgi rangemat kontrolli protsessi parameetrite üle:

Kõrge täpsusega juhtimine:Kambri hermeetilisus, rõhu stabiilsus, täpne gaasi kohaletoimetamise ajastus ja koostis ning range temperatuuri kontroll on kriitilise tähtsusega epitaksiaalse kihi soovitud omaduste saavutamiseks. Need nõuded muutuvad seadme pingenõuete suurenemisega veelgi karmimaks.

Ühtlikkus ja defektide tihedus:Ühtlase takistuse ja madala defektide tiheduse säilitamine paksemates epitaksiaalsetes kihtides on märkimisväärne väljakutse.

Täiustatud juhtimissüsteemid:Kõrge täpsusega andurite ja täiturmehhanismidega keerukad elektromehaanilised juhtimissüsteemid on parameetrite täpse ja stabiilse reguleerimise jaoks üliolulised. Täiustatud juhtimisalgoritmid, mida saab protsessi tagasiside põhjal reaalajas reguleerida, on SiC epitaksiaalse kasvu keerukuses navigeerimiseks hädavajalikud.

Nende tehniliste takistuste ületamine on ränidioksiidi tehnoloogia täieliku potentsiaali avamiseks hädavajalik. Selle paljutõotava materjali laialdaseks kasutuselevõtuks suure jõudlusega elektroonikas on üliolulised ahjude projekteerimise, protsessi juhtimise ja kohapealse jälgimise tehnikate jätkuvad edusammud.**