Sfide tecniche nei forni di crescita dei cristalli di carburo di silicio

I forni per la crescita dei cristalli di carburo di silicio (SiC) sono la pietra angolare diWafer SiCproduzione. Pur condividendo somiglianze con i tradizionali forni per la crescita dei cristalli di silicio, i forni SiC devono affrontare sfide uniche a causa delle condizioni estreme di crescita del materiale e dei complessi meccanismi di formazione dei difetti. Queste sfide possono essere ampiamente classificate in due aree: crescita dei cristalli e crescita epitassiale.

Sfide di crescita dei cristalli:

La crescita dei cristalli di SiC richiede un controllo preciso in un ambiente chiuso e ad alta temperatura, rendendo il monitoraggio e il controllo del processo estremamente difficili. Le sfide principali includono:

(1) Controllo del campo termico: mantenere un profilo di temperatura stabile e uniforme all'interno della camera sigillata ad alta temperatura è cruciale ma estremamente impegnativo. A differenza dei processi di crescita della fusione controllabili utilizzati per il silicio, la crescita dei cristalli di SiC avviene a temperature superiori a 2.000°C, rendendo quasi impossibile il monitoraggio e la regolazione in tempo reale. Il controllo preciso della temperatura è fondamentale per ottenere le proprietà cristalline desiderate.

(2) Controllo del politipo e dei difetti: il processo di crescita è altamente suscettibile a difetti come microtubi (MP), inclusioni di politipo e dislocazioni, ciascuno dei quali influisce sulla qualità del cristallo. Gli MP, penetrando nei difetti di dimensioni di diversi micron, sono particolarmente dannosi per le prestazioni del dispositivo. Il SiC esiste in oltre 200 politipi, con solo la struttura 4H adatta per applicazioni a semiconduttore. Il controllo della stechiometria, dei gradienti di temperatura, del tasso di crescita e della dinamica del flusso di gas è essenziale per ridurre al minimo le inclusioni di politipo. Inoltre, i gradienti termici all'interno della camera di crescita possono indurre stress nativo, portando a varie dislocazioni (dislocazioni del piano basale (BPD), dislocazioni delle viti filettate (TSD), dislocazioni dei bordi filettati (TED)) che incidono sulla successiva epitassia e sulle prestazioni del dispositivo.

(3) Controllo delle impurità: il raggiungimento di profili antidoping precisi richiede un controllo meticoloso sulle impurità esterne. Qualsiasi contaminazione involontaria può alterare in modo significativo le proprietà elettriche del cristallo finale.

(4) Tasso di crescita lento: la crescita dei cristalli di SiC è intrinsecamente lenta rispetto al silicio. Mentre un lingotto di silicio può essere coltivato in 3 giorni, il SiC richiede 7 giorni o più, con un impatto significativo sull’efficienza e sulla resa della produzione.

Sfide di crescita epitassiale:

La crescita epitassiale del SiC, fondamentale per la formazione delle strutture dei dispositivi, richiede un controllo ancora più stretto sui parametri di processo:

Controllo ad alta precisione:L'ermeticità della camera, la stabilità della pressione, i tempi e la composizione precisi dell'erogazione del gas e il rigoroso controllo della temperatura sono fondamentali per ottenere le proprietà desiderate dello strato epitassiale. Queste richieste diventano ancora più stringenti con l'aumento dei requisiti di tensione del dispositivo.

Uniformità e densità dei difetti:Mantenere una resistività uniforme e una bassa densità di difetti negli strati epitassiali più spessi rappresenta una sfida significativa.

Sistemi di controllo avanzati:Sofisticati sistemi di controllo elettromeccanici con sensori e attuatori ad alta precisione sono fondamentali per una regolazione dei parametri accurata e stabile. Algoritmi di controllo avanzati in grado di effettuare regolazioni in tempo reale in base al feedback del processo sono essenziali per affrontare le complessità della crescita epitassiale del SiC.

Superare questi ostacoli tecnici è essenziale per sfruttare appieno il potenziale della tecnologia SiC. I continui progressi nella progettazione dei forni, nel controllo dei processi e nelle tecniche di monitoraggio in situ sono fondamentali per promuovere l'adozione diffusa di questo promettente materiale nell'elettronica ad alte prestazioni.**