Silikon Karbür Kristal Büyüme Fırınlarının Zorlukları

.kristal büyüme fırınıgeleneksel silikon kristal büyüme fırınlarıyla benzerlikleri paylaşan silikon karbür kristalleri yetiştirmek için çekirdek ekipmandır. Fırın yapısı, öncelikle fırın gövdesi, ısıtma sistemi, bobin tahrik mekanizması, vakum edinme ve ölçüm sistemi, gaz tedarik sistemi, soğutma sistemi ve kontrol sisteminden oluşan aşırı karmaşık değildir. Fırın içindeki termal alan ve işlem koşulları, silikon karbür kristallerinin kalitesi, boyutu ve elektriksel iletkenliği gibi kritik parametreleri belirler.

Bir yandan, silikon karbür kristal büyümesi sırasında sıcaklık son derece yüksektir ve gerçek zamanlı olarak izlenemez, bu nedenle birincil zorluklar sürecin kendisinde yatmaktadır.Ana zorluklar aşağıdaki gibidir:

(1) Termal alan kontrolünde zorluk: Kapalı yüksek sıcaklık odasında izleme zorlu ve kontrol edilemez. Yüksek otomasyon seviyelerine sahip ve gözlemlenebilir ve ayarlanabilir büyüme işlemlerine izin veren geleneksel silikon tabanlı çözelti bazlı doğrudan pull kristal büyüme ekipmanının aksine, silikon karbür kristalleri, 2.000 ° C'nin üzerinde kapalı bir yüksek sıcaklık ortamında büyür ve üretim sırasında hassas sıcaklık kontrolü gereklidir, bu da sıcaklık kontrolünü oldukça zorlaştırır;

(2) kristal yapı kontrol zorlukları: Büyüme süreci, mikrotüpler, polimorfik inklüzyonlar ve birbirleriyle etkileşime giren ve gelişen çıkıklar gibi kusurlara eğilimlidir.

Mikrotüpler (MP), birkaç mikrometreden onlarca mikrometreye kadar değişen tipte tipteki kusurlardır ve cihazlar için katil kusurlar olarak kabul edilir; Silikon karbür tek kristalleri 200'den fazla farklı kristal yapıyı içerir, ancak üretim için yarı iletken malzemeler olarak sadece birkaç kristal yapı (4H tip) uygundur. Büyüme sırasında kristal yapı dönüşümleri polimorfik safsızlık kusurlarına yol açabilir, bu nedenle silikon-karbon oranının hassas kontrolü, büyüme sıcaklığı gradyanı, kristal büyüme hızı ve gaz akışı/basınç parametreleri gereklidir;

Ek olarak, silikon karbür tek kristal büyümesi sırasında termal alandaki sıcaklık gradyanları, birincil iç gerilmelerle sonuçlanır (bazal düzlem çıkıkları BPD, bükülme çıkıkları TSD ve kenar çıkıkları TED) gibi indüklenmiş kusurlar, sonraki epitaksiyal tabakaların ve görüllerin kalite ve performansını etkilemektedir.

(3) Doping kontrolünde zorluk: Dış safsızlıklar, yönlü olarak katkılı iletken kristaller elde etmek için sıkı bir şekilde kontrol edilmelidir;

(4) Yavaş büyüme oranı: Silikon karbürün kristal büyüme oranı son derece yavaş. Geleneksel silikon malzemeleri sadece 3 gün içinde bir kristal çubuk oluşturabilirken, silikon karbür kristal çubukları 7 gün gerektirir, bu da doğal olarak daha düşük üretim verimliliği ve ciddi şekilde sınırlı çıkış sağlar.

Öte yandan, parametrelerSilikon karbür epitaksiyal büyümeekipman sızdırmazlık performansı, reaksiyon odası basıncı stabilitesi, gaz giriş süresinin hassas kontrolü, doğru gaz oranı ve birikme sıcaklığının katı yönetimi dahil olmak üzere son derece katıdır. Özellikle cihaz voltaj derecelendirmeleri arttıkça, çekirdek epitaksiyal gofret parametrelerini kontrol etme zorluğu önemli ölçüde artar. Ek olarak, epitaksiyal tabakanın kalınlığı arttıkça, kalınlığı korurken ve kusur yoğunluğunu azaltırken homojen direnç sağlamak bir başka önemli zorluk haline gelmiştir.

Elektrik kontrol sisteminde, tüm parametrelerin doğru ve stabil bir şekilde düzenlenmesini sağlamak için sensörlerin ve aktüatörlerin yüksek hassasiyetli entegrasyonu gerekir. Kontrol algoritmalarının optimizasyonu da kritiktir, çünkü kontrol stratejilerini, silikon karbür epitaksiyal büyüme süreci sırasında çeşitli değişikliklere uyum sağlamak için geri bildirim sinyallerine göre gerçek zamanlı olarak ayarlayabilmeleri gerekir.

SIC substrat üretiminde temel zorluklar:

Arz tarafından,Sic kristal büyüme fırınlarıUzun ekipman sertifikası döngüleri, anahtarlama tedarikçileri ile ilişkili yüksek maliyetler ve istikrar riskleri gibi faktörler nedeniyle, yerli tedarikçiler henüz uluslararası ana SIC üreticilerine ekipman tedarik etmemiştir. Bunlar arasında, Wolfspeed, Coherent ve Rohm gibi uluslararası önde gelen silikon karbür üreticileri, öncelikle şirket içinde geliştirilen ve üretilen kristal büyüme ekipmanlarını kullanırken, diğer uluslararası ana silikon karbür substrat üreticileri öncelikle Alman PVA Tepla ve Japon Nissin Kikai Co.'dan kristal büyüme ekipmanı satın alır.