Os desafios dos fornos de crescimento de cristais de carboneto de silício

Oforno de crescimento de cristaisé o equipamento central para o cultivo de cristais de carboneto de silício, compartilhando semelhanças com os fornos de crescimento de cristais de silício tradicionais. A estrutura do forno não é excessivamente complexa, consistindo principalmente no corpo do forno, sistema de aquecimento, mecanismo de acionamento de bobinas, sistema de aquisição e medição de vácuo, sistema de fornecimento de gás, sistema de refrigeração e sistema de controle. As condições de campo térmico e processo no forno determinam parâmetros críticos, como qualidade, tamanho e condutividade elétrica dos cristais de carboneto de silício.

Por um lado, a temperatura durante o crescimento do cristal de carboneto de silício é extremamente alta e não pode ser monitorada em tempo real; portanto, os principais desafios estão no próprio processo.Os principais desafios são os seguintes:

(1) Dificuldade no controle de campo térmico: O monitoramento em uma câmara de alta temperatura selada é desafiadora e incontrolável. Ao contrário do tradicional equipamento de crescimento de cristais de pulverização direta baseado em soluções baseadas em silício, que possui altos níveis de automação e permite processos de crescimento observáveis ​​e ajustáveis, os cristais de carboneto de silício crescem em um ambiente de alta temperatura selado acima de 2.000 ° C, e o controle preciso da temperatura é necessário durante a produção, tornando o controle de temperatura altamente desafiador;

(2) desafios de controle de estrutura cristalina: O processo de crescimento é propenso a defeitos como microtubos, inclusões polimórficas e deslocamentos, que interagem e evoluem entre si.

Os microtubos (MP) são defeitos do tipo através do tamanho que variam em tamanho de vários micrômetros a dezenas de micrômetros e são considerados defeitos assassinos para dispositivos; Os cristais únicos de carboneto de silício incluem mais de 200 estruturas cristalinas diferentes, mas apenas algumas estruturas cristalinas (tipo 4H) são adequadas como materiais semicondutores para produção. As transformações da estrutura cristalina durante o crescimento podem levar a defeitos de impureza polimórficos, é necessário um controle preciso da relação silício/carbono, gradiente de temperatura de crescimento, taxa de crescimento de cristais e parâmetros de fluxo/pressão de gás;

Além disso, os gradientes de temperatura no campo térmico durante o crescimento do cristal único de carboneto de silício resultam em tensões internas primárias e defeitos induzidos, como deslocamentos (deslocamentos de plano basal BPD, deslocamentos de torção TSD e deslocamentos de borda TED), que afetam a qualidade e o desempenho das camadas e de epitaxial subsequentes.

(3) Dificuldade no controle de doping: As impurezas externas devem ser estritamente controladas para obter cristais condutores direcionalmente dopados;

(4) Taxa de crescimento lento: A taxa de crescimento de cristais de carboneto de silício é extremamente lenta. Embora os materiais tradicionais de silício possam formar uma haste de cristal em apenas 3 dias, as hastes de cristal de carboneto de silício requerem 7 dias, resultando em eficiência inerentemente menor e na produção severamente limitada.

Por outro lado, os parâmetros paraCrescimento epitaxial de carboneto de silíciosão extremamente rigorosos, incluindo desempenho de vedação do equipamento, estabilidade da pressão da câmara de reação, controle preciso do tempo de introdução do gás, razão precisa do gás e manejo rigoroso da temperatura de deposição. Especialmente à medida que as classificações de tensão do dispositivo aumentam, a dificuldade de controlar os parâmetros de wafer epitaxial do núcleo aumenta significativamente. Além disso, à medida que a espessura da camada epitaxial aumenta, garantir a resistividade uniforme, mantendo a espessura e reduzir a densidade de defeitos, tornou -se outro grande desafio.

No sistema de controle elétrico, é necessária a integração de alta precisão de sensores e atuadores para garantir que todos os parâmetros sejam regulados com precisão e estágio. A otimização dos algoritmos de controle também é crítica, pois eles devem ser capazes de ajustar estratégias de controle em tempo real com base nos sinais de feedback para se adaptar a várias mudanças durante o processo de crescimento epitaxial do carboneto de silício.

Principais desafios na fabricação de substrato SiC:

Do lado da oferta, paraFornos de crescimento de cristais sic, devido a fatores como ciclos de certificação de equipamentos longos, altos custos associados à comutação de fornecedores e riscos de estabilidade, os fornecedores domésticos ainda precisam fornecer equipamentos aos fabricantes internacionais de SIC. Entre eles, os principais fabricantes internacionais de carboneto de silício, como Wolfspeed, Coerent e ROHM, usam principalmente equipamentos de crescimento de cristais desenvolvidos e produzidos internamente, enquanto outros fabricantes internacionais de substrato de carboneto de silício e compra principalmente equipamentos de crescimento de cristais da PVA Alemol Tepla e Nissin Kikai Co., Ltd. Ltd., Ltd.