Технические проблемы в печах для выращивания кристаллов карбида кремния

Печи для выращивания кристаллов карбида кремния (SiC) являются краеугольным камнемSiC пластинапроизводство. Имея сходство с традиционными печами для выращивания кристаллов кремния, печи SiC сталкиваются с уникальными проблемами из-за экстремальных условий выращивания материала и сложных механизмов образования дефектов. Эти проблемы можно условно разделить на две области: рост кристаллов и эпитаксиальный рост.

Проблемы роста кристаллов:

Рост кристаллов SiC требует точного контроля над высокотемпературной закрытой средой, что делает мониторинг и управление процессом исключительно трудными. Ключевые проблемы включают в себя:

(1) Контроль теплового поля. Поддержание стабильного и однородного температурного профиля внутри герметичной высокотемпературной камеры имеет решающее значение, но чрезвычайно сложно. В отличие от контролируемых процессов выращивания из расплава, используемых для кремния, рост кристаллов SiC происходит при температуре выше 2000°C, что делает мониторинг и настройку в реальном времени практически невозможными. Точный контроль температуры имеет первостепенное значение для достижения желаемых свойств кристаллов.

(2) Политип и контроль дефектов. Процесс роста очень чувствителен к таким дефектам, как микротрубки (МП), политипные включения и дислокации, каждый из которых влияет на качество кристалла. Особенно вредны для работоспособности устройств МП, проникающие в дефекты размером в несколько микрон. SiC существует в более чем 200 политипах, и только структура 4H подходит для полупроводниковых применений. Контроль стехиометрии, температурных градиентов, скорости роста и динамики газового потока необходим для минимизации политипных включений. Кроме того, температурные градиенты внутри ростовой камеры могут вызвать собственное напряжение, приводящее к различным дислокациям (дислокациям базальной плоскости (BPD), винтовым дислокациям (TSD), краевым дислокациям резьбы (TED)), которые влияют на последующую эпитаксию и производительность устройства.

(3) Контроль примесей: достижение точных профилей легирования требует тщательного контроля внешних примесей. Любое непреднамеренное загрязнение может существенно изменить электрические свойства конечного кристалла.

(4) Медленная скорость роста: рост кристаллов SiC по своей сути медленный по сравнению с кремнием. В то время как кремниевый слиток можно вырастить за 3 дня, SiC требует 7 дней и более, что существенно влияет на эффективность производства и производительность.

Проблемы эпитаксиального роста:

Эпитаксиальный рост SiC, имеющий решающее значение для формирования структур устройств, требует еще более жесткого контроля над параметрами процесса:

Высокоточное управление:Герметичность камеры, стабильность давления, точное время и состав подачи газа, а также строгий контроль температуры имеют решающее значение для достижения желаемых свойств эпитаксиального слоя. Эти требования становятся еще более строгими с увеличением требований к напряжению устройства.

Однородность и плотность дефектов:Поддержание однородного удельного сопротивления и низкой плотности дефектов в более толстых эпитаксиальных слоях представляет собой серьезную проблему.

Передовые системы управления:Сложные электромеханические системы управления с высокоточными датчиками и исполнительными механизмами имеют решающее значение для точного и стабильного регулирования параметров. Усовершенствованные алгоритмы управления, способные регулироваться в реальном времени на основе обратной связи с процессом, необходимы для преодоления сложностей эпитаксиального выращивания SiC.

Преодоление этих технических препятствий необходимо для раскрытия всего потенциала технологии SiC. Постоянное совершенствование конструкции печей, методов управления технологическими процессами и методов мониторинга на месте имеет жизненно важное значение для широкого внедрения этого многообещающего материала в высокопроизводительной электронике.**