Technische uitdagingen bij kristalgroeiovens van siliciumcarbide

Siliciumcarbide (SiC) kristalgroeiovens vormen de hoeksteen hiervanSiC-wafelproductie. Hoewel ze overeenkomsten vertonen met traditionele siliciumkristalgroeiovens, worden SiC-ovens geconfronteerd met unieke uitdagingen als gevolg van de extreme groeiomstandigheden van het materiaal en de complexe mechanismen voor defectvorming. Deze uitdagingen kunnen grofweg in twee gebieden worden onderverdeeld: kristalgroei en epitaxiale groei.

Kristalgroei-uitdagingen:

SiC-kristalgroei vereist nauwkeurige controle over een afgesloten omgeving met hoge temperaturen, waardoor monitoring en procescontrole uitzonderlijk moeilijk worden. De belangrijkste uitdagingen zijn onder meer:

(1) Thermische veldcontrole: Het handhaven van een stabiel en uniform temperatuurprofiel in de afgesloten, hoge temperatuurkamer is cruciaal en toch uiterst uitdagend. In tegenstelling tot de controleerbare smeltgroeiprocessen die voor silicium worden gebruikt, vindt de groei van SiC-kristallen plaats boven 2.000 °C, waardoor realtime monitoring en aanpassing vrijwel onmogelijk wordt. Nauwkeurige temperatuurregeling is van cruciaal belang om de gewenste kristaleigenschappen te bereiken.

(2) Polytype- en defectcontrole: Het groeiproces is zeer gevoelig voor defecten zoals micropipes (MP's), polytype-insluitsels en dislocaties, die allemaal van invloed zijn op de kristalkwaliteit. MP's, die defecten van enkele microns groot binnendringen, zijn bijzonder schadelijk voor de prestaties van apparaten. SiC bestaat in meer dan 200 polytypes, waarbij alleen de 4H-structuur geschikt is voor halfgeleidertoepassingen. Het beheersen van stoichiometrie, temperatuurgradiënten, groeisnelheid en gasstroomdynamiek is essentieel om polytype-insluitsels te minimaliseren. Bovendien kunnen thermische gradiënten in de groeikamer inheemse stress veroorzaken, wat leidt tot verschillende dislocaties (dislocaties van het basaalvlak (BPD's), dislocaties van schroefdraadschroeven (TSD's), dislocaties van schroefdraadranden (TED's)) die de daaropvolgende epitaxie en de prestaties van het apparaat beïnvloeden.

(3) Onzuiverheidscontrole: Het bereiken van nauwkeurige dopingprofielen vereist nauwgezette controle over externe onzuiverheden. Elke onbedoelde verontreiniging kan de elektrische eigenschappen van het uiteindelijke kristal aanzienlijk veranderen.

(4) Langzame groeisnelheid: De groei van SiC-kristallen is inherent langzaam vergeleken met silicium. Terwijl een siliciumstaaf in drie dagen kan worden gekweekt, heeft SiC zeven dagen of langer nodig, wat een aanzienlijke invloed heeft op de productie-efficiëntie en output.

Epitaxiale groei-uitdagingen:

Epitaxiale groei van SiC, cruciaal voor het vormen van apparaatstructuren, vereist een nog strengere controle over procesparameters:

Hoge precisiecontrole:Hermeticiteit van de kamer, drukstabiliteit, nauwkeurige timing en samenstelling van de gastoevoer en strikte temperatuurcontrole zijn van cruciaal belang voor het bereiken van de gewenste eigenschappen van de epitaxiale laag. Deze eisen worden zelfs nog strenger naarmate de spanningsvereisten voor apparaten toenemen.

Uniformiteit en defectdichtheid:Het handhaven van een uniforme soortelijke weerstand en een lage defectdichtheid in dikkere epitaxiale lagen vormt een aanzienlijke uitdaging.

Geavanceerde besturingssystemen:Geavanceerde elektromechanische besturingssystemen met uiterst nauwkeurige sensoren en actuatoren zijn cruciaal voor nauwkeurige en stabiele parameterregeling. Geavanceerde besturingsalgoritmen die in staat zijn tot realtime aanpassing op basis van procesfeedback zijn essentieel om door de complexiteit van de epitaxiale groei van SiC te navigeren.

Het overwinnen van deze technische hindernissen is essentieel voor het ontsluiten van het volledige potentieel van SiC-technologie. Voortdurende vooruitgang op het gebied van ovenontwerp, procescontrole en in-situ monitoringtechnieken zijn van cruciaal belang voor het stimuleren van de wijdverbreide acceptatie van dit veelbelovende materiaal in hoogwaardige elektronica.**