Технички изазови у пећима за раст кристала силицијум карбида

Пећи за раст кристала од силицијум карбида (СиЦ) су камен темељацСиЦ ваферпроизводње. Иако деле сличности са традиционалним пећима за раст кристала силицијума, СиЦ пећи се суочавају са јединственим изазовима због екстремних услова раста материјала и сложених механизама формирања дефеката. Ови изазови се могу широко категорисати у две области: раст кристала и епитаксијални раст.

Изазови раста кристала:

Раст кристала СиЦ захтева прецизну контролу над високотемпературним, затвореним окружењем, што чини праћење и контролу процеса изузетно тешким. Кључни изазови укључују:

(1) Контрола термичког поља: Одржавање стабилног и уједначеног температурног профила унутар затворене коморе високе температуре је кључно, али изузетно изазовно. За разлику од контролисаних процеса раста растапања који се користе за силицијум, раст кристала СиЦ се дешава изнад 2.000°Ц, чинећи праћење и прилагођавање у реалном времену скоро немогућим. Прецизна контрола температуре је најважнија за постизање жељених својстава кристала.

(2) Политип и контрола дефеката: Процес раста је веома подложан дефектима као што су микроцеви (МП), политипне инклузије и дислокације, од којих свака утиче на квалитет кристала. МП, који продиру у дефекте величине неколико микрона, посебно су штетни за перформансе уређаја. СиЦ постоји у преко 200 политипова, са само 4Х структуром погодном за примене у полупроводницима. Контролисање стехиометрије, температурних градијената, брзине раста и динамике протока гаса је од суштинског значаја за минимизирање инклузија политипова. Штавише, топлотни градијенти унутар коморе за раст могу да изазову природни стрес, што доводи до различитих дислокација (дислокације базалне равни (БПД), дислокације завртња са навојем (ТСД), дислокације ивице навоја (ТЕД)) које утичу на каснију епитаксију и перформансе уређаја.

(3) Контрола нечистоћа: Постизање прецизних профила допинга захтева пажљиву контролу спољних нечистоћа. Свака ненамерна контаминација може значајно да промени електрична својства финалног кристала.

(4) Спора стопа раста: раст кристала СиЦ је инхерентно спор у поређењу са силицијумом. Док се силицијумски ингот може узгајати за 3 дана, СиЦ-у је потребно 7 дана или више, што значајно утиче на ефикасност производње и излаз.

Изазови епитаксијалног раста:

СиЦ епитаксијални раст, кључан за формирање структура уређаја, захтева још строжу контролу параметара процеса:

Контрола високе прецизности:Херметичност коморе, стабилност притиска, прецизно време испоруке гаса и састав, и строга контрола температуре су критични за постизање жељених својстава епитаксијалног слоја. Ови захтеви постају још строжи са повећањем захтева за напоном уређаја.

Уједначеност и густина дефеката:Одржавање уједначене отпорности и ниске густине дефеката у дебљим епитаксијалним слојевима представља значајан изазов.

Напредни контролни системи:Софистицирани електромеханички управљачки системи са високо прецизним сензорима и актуаторима су кључни за тачну и стабилну регулацију параметара. Напредни контролни алгоритми способни за прилагођавање у реалном времену на основу повратних информација о процесу су од суштинског значаја за навигацију кроз сложеност епитаксијалног раста СиЦ.

Превазилажење ових техничких препрека је од суштинског значаја за откључавање пуног потенцијала СиЦ технологије. Континуирани напредак у дизајну пећи, контроли процеса и техникама надзора на лицу места је од виталног значаја за подстицање широког усвајања овог обећавајућег материјала у електроници високих перформанси.**