Die Herausforderungen von Siliziumkarbidkristallwachstumsöfen

DerKristallwachstumsofenist die Kernausrüstung für den Anbau von Siliziumcarbidkristallen und teilt Ähnlichkeiten mit herkömmlichen Siliziumkristallwachstumsöfen. Die Ofenstruktur ist nicht übermäßig komplex und besteht hauptsächlich aus Ofenkörper, Heizsystem, Spulenantriebsmechanismus, Vakuumakquisitions- und Messsystem, Gasversorgungssystem, Kühlsystem und Steuerungssystem. Die thermischen Feld- und Prozessbedingungen innerhalb des Ofens bestimmen kritische Parameter wie Qualität, Größe und elektrische Leitfähigkeit der Siliziumcarbidkristalle.

Einerseits ist die Temperatur während des Kristallwachstums des Siliziumkarbidkristalls extrem hoch und kann nicht in Echtzeit überwacht werden, sodass sich die Hauptherausforderungen im Prozess selbst befinden.Die Hauptherausforderungen sind wie folgt:

(1) Schwierigkeit bei der thermischen Feldkontrolle: Die Überwachung in einer versiegelten Hochtemperaturkammer ist herausfordernd und unkontrollierbar. Im Gegensatz zu herkömmlichen Lösungsbasis-basierten Direktpull-Kristallwachstumsgeräten, die hohe Automatisierungswerte aufweisen und beobachtbare und einstellbare Wachstumsprozesse ermöglicht, wachsen Siliziumkarbidkristalle in einer versiegelten Hochtemperaturumgebung über 2.000 ° C, und eine präzise Temperaturkontrolle ist während der Produktion erforderlich, wobei die Temperaturregelung eine hohe Herausforderung darstellt.

(2) Herausforderungen der Kristallstrukturkontrolle: Der Wachstumsprozess ist anfällig für Defekte wie Mikrotubes, polymorphe Einschlüsse und Versetzungen, die sich miteinander interagieren und sich weiterentwickeln.

Mikrotöhren (MP) sind durch mehrere Mikrometer bis Zehnmikrometer über die Größe von Typen und gelten als Killerdefekte für Geräte. Ein einzelne Kristalle von Siliziumcarbid umfassen über 200 verschiedene Kristallstrukturen, aber nur wenige Kristallstrukturen (4H -Typ) sind als Halbleitermaterial für die Produktion geeignet. Kristallstrukturtransformationen während des Wachstums können zu polymorphen Verunreinigungsdefekten führen. Daher sind eine genaue Kontrolle des Verhältnisses von Silizium zu Kohlenstoff, Wachstumstemperaturgradienten, Kristallwachstumsrate und Gasfluss-/Druckparametern erforderlich;

Zusätzlich führen Temperaturgradienten im Wärmefeld während des Einkristallwachstums von Siliziumcarbid zu primären internen Spannungen und induzierten Defekten wie Versetzungen (Basalebene -Versetzungen BPD, Twist -Versetzungen TSD und Kantenverletzungen Ted), die die Qualität und Leistung von nachfolgenden Epitaxialschichten und -abfällen beeinflussen.

(3) Schwierigkeit bei der Dopingkontrolle: Externe Verunreinigungen müssen streng kontrolliert werden, um direkte dotierte leitende Kristalle zu erhalten.

(4) langsame Wachstumsrate: Die Kristallwachstumsrate von Siliziumkarbid ist extrem langsam. Während herkömmliche Siliziummaterialien in nur 3 Tagen einen Kristallstab bilden können, benötigen Siliziumkarbidkristallstab 7 Tage, was zu einer inhärent geringeren Produktionseffizienz und einer stark begrenzten Leistung führt.

Andererseits die Parameter fürSiliziumkarbid -Epitaxialwachstumsind extrem streng, einschließlich Ausrüstungsdichtungsleistung, Reaktionskammerdruckstabilität, präzise Kontrolle der Gaseinführungszeit, genaues Gasverhältnis und strenger Management der Ablagerungstemperatur. Vor allem mit zunehmender Spannungsbewertungen der Geräte steigt die Schwierigkeit, die Parameter von kernpitaxialen Wafer zu steuern. Mit zunehmender Dicke der epitaxialen Schicht steigt die Gewährleistung eines gleichmäßigen Widerstands, wobei die Aufrechterhaltung der Dicke und die Verringerung der Defektdichte zu einer weiteren großen Herausforderung geworden ist.

Im elektrischen Steuerungssystem ist eine hochpräzise Integration von Sensoren und Aktuatoren erforderlich, um sicherzustellen, dass alle Parameter genau und stabil reguliert werden. Die Optimierung von Kontrollalgorithmen ist ebenfalls von entscheidender Bedeutung, da sie in der Lage sein müssen, Steuerstrategien in Echtzeit an der Anpassung von Rückkopplungssignalen anzupassen, um sich an verschiedene Veränderungen während des Silizium-Carbid-epitaxialen Wachstumsprozesses anzupassen.

Wichtige Herausforderungen bei der Herstellung von SIC -Substrat:

Von der Versorgungsseite fürSic kristallwachstumöfenöfenAufgrund von Faktoren wie langwierigen Zertifizierungszyklen, hohen Kosten im Zusammenhang mit dem Wechsel von Lieferanten und Stabilitätsrisiken haben die inländischen Lieferanten noch keine Ausrüstung an internationale Mainstream -SIC -Hersteller liefern. Unter ihnen sind internationale führende Siliziumcarbidhersteller wie Wolfspeed, Kohärent und Rohm hauptsächlich Kristallwachstumsgeräte, die intern entwickelt und hergestellt werden, während andere internationale Mainstream-Silizium-Carbid-Substrathersteller hauptsächlich Kristallwachstumsgeräte von deutschen PVA-TEPLA und japanischen Nissin Kikai Co., LTD, kaufen.