De uitdagingen van siliciumcarbide kristal groeikovens

DeCrystal Growth Furnaceis de kernapparatuur voor het kweken van siliciumcarbidekristallen, waarbij overeenkomsten worden gedeeld met traditionele siliciumkristalgroeivaven. De ovenstructuur is niet overdreven complex, voornamelijk bestaande uit het ovenlichaam, het verwarmingssysteem, het spoelaandrijfmechanisme, het vacuümverwervings- en meetsysteem, het gasvoorzieningssysteem, het koelsysteem en het besturingssysteem. Het thermische veld en de procesomstandigheden in de oven bepalen kritische parameters zoals de kwaliteit, grootte en elektrische geleidbaarheid van de siliciumcarbidekristallen.

Aan de ene kant is de temperatuur tijdens het siliciumcarbide kristalgroei extreem hoog en kan niet in realtime worden gecontroleerd, dus de primaire uitdagingen liggen in het proces zelf.De belangrijkste uitdagingen zijn als volgt:

(1) Moeilijkheid in het thermische veldregeling: Monitoring in een afgesloten kamer met hoge temperatuur is uitdagend en oncontroleerbaar. In tegenstelling tot traditionele op oplossingen gebaseerde oplossingsgebaseerde direct-pull kristalgroei-apparatuur, die hoge automatiseringsniveaus heeft en waarneembare en instelbare groeiprocessen mogelijk maken, groeien siliciumcarbidekristallen in een afgesloten hoge temperatuuromgeving boven 2.000 ° C, en precieze temperatuurregeling is vereist tijdens de productie, waardoor temperatuur controle zeer uitdagend is;

(2) Crystal structuur controle uitdagingen: Het groeiproces is vatbaar voor defecten zoals microtubes, polymorfe insluitsels en dislocaties, die interageren en met elkaar evolueren.

Microtubes (MP) zijn door middel van defecten van het type, variërend in grootte van verschillende micrometers tot tientallen micrometers, en worden beschouwd als moordende defecten voor apparaten; Siliciumcarbide enkele kristallen omvatten meer dan 200 verschillende kristalstructuren, maar slechts enkele kristalstructuren (4H -type) zijn geschikt als halfgeleidermaterialen voor productie. Transformaties van kristalstructuur tijdens groei kunnen leiden tot polymorfe onzuiverheidsdefecten, dus precieze controle van silicium-koolstofverhouding, gradiënt van groeitemperatuur, kristalgroeisnelheid en gasstroom/drukparameters is vereist;

Bovendien resulteren temperatuurgradiënten in het thermische veld tijdens siliciumcarbide enkele kristalgroei in primaire interne spanningen en geïnduceerde defecten zoals dislocaties (basale vlakke dislocaties BPD, draai dislocaties TSD en randdislocaties TED), die de kwaliteit en prestaties van daaropvolgende epitaxiale lagen en apparaten beïnvloeden.

(3) Moeilijkheid bij dopingcontrole: Externe onzuiverheden moeten strikt worden geregeld om directioneel gedoteerde geleidende kristallen te verkrijgen;

(4) langzame groeisnelheid: De kristalgroeisnelheid van siliciumcarbide is extreem traag. Hoewel traditionele siliciummaterialen in slechts 3 dagen een kristalstang kunnen vormen, vereisen siliciumcarbide kristalstaven 7 dagen, wat resulteert in inherent lagere productie -efficiëntie en ernstig beperkte output.

Aan de andere kant zijn de parameters voorSilicium carbide epitaxiale groeizijn extreem streng, inclusief het afdichten van apparatuur, de stabiliteit van de reactiekamer, nauwkeurige controle van de introductietijd van de gas, nauwkeurige gasverhouding en strikt beheer van depositietemperatuur. Vooral naarmate de apparaatspanningsbeoordelingen toenemen, neemt de moeilijkheid om de epitaxiale waferparameters van de kern aanzienlijk toe te regelen. Bovendien, naarmate de dikte van de epitaxiale laag toeneemt, is het waarborgen van een uniforme weerstand met behoud van de dikte en het verminderen van defectdichtheid een andere grote uitdaging geworden.

In het elektrische besturingssysteem is een zeer nauwkeurige integratie van sensoren en actuatoren vereist om ervoor te zorgen dat alle parameters nauwkeurig en stabiel zijn gereguleerd. Optimalisatie van besturingsalgoritmen is ook van cruciaal belang, omdat ze de besturingsstrategieën in realtime moeten kunnen aanpassen op basis van feedbacksignalen om zich aan te passen aan verschillende veranderingen tijdens het siliciumcarbide-epitaxiale groeiproces.

Belangrijke uitdagingen in SiC -substraatproductie:

Van de leveringszijde, voorSIC Crystal Growth Ovens, vanwege factoren zoals langdurige apparatuurcertificeringscycli, hoge kosten in verband met het wisselen van leveranciers en stabiliteitsrisico's, moeten binnenlandse leveranciers nog apparatuur leveren aan internationale reguliere SIC -fabrikanten. Onder hen gebruiken internationale toonaangevende fabrikanten van siliciumcarbides zoals wolfspeed, coherent en ROHM voornamelijk kristalgroeiapparatuur ontwikkeld en geproduceerd in eigen huis, terwijl andere internationale reguliere siliciumcarbide-substraatfabrikanten voornamelijk kristalgroei-apparatuur kopen van de Duitse PVA-TEPLA en Japanse Nissin Kikai Co., LTD.