چالش های کوره های رشد کریستالی کاربید سیلیکون

درکوره رشد کریستالیتجهیزات اصلی برای رشد کریستال های کاربید سیلیکون است که شباهت هایی را با کوره های رشد سنتی سیلیکون به اشتراک می گذارد. ساختار کوره بیش از حد پیچیده نیست ، در درجه اول متشکل از بدنه کوره ، سیستم گرمایشی ، مکانیسم سیم پیچ ، سیستم دستیابی و اندازه گیری خلاء ، سیستم تأمین گاز ، سیستم خنک کننده و سیستم کنترل است. میدان حرارتی و شرایط فرآیند در کوره پارامترهای مهم مانند کیفیت ، اندازه و هدایت الکتریکی بلورهای کاربید سیلیکون را تعیین می کند.

از یک طرف ، درجه حرارت در طول رشد کریستال کاربید سیلیکون بسیار زیاد است و در زمان واقعی قابل کنترل نیست ، بنابراین چالش های اصلی در خود فرآیند نهفته است.چالش های اصلی به شرح زیر است:

(1) مشکل در کنترل میدان حرارتی: نظارت در یک محفظه با دمای بالا مهر و موم شده چالش برانگیز و غیرقابل کنترل است. برخلاف تجهیزات رشد مستقیم کریستالی مبتنی بر راه حل مبتنی بر سیلیکون ، که دارای سطح اتوماسیون بالایی است و امکان رشد قابل مشاهده و قابل تنظیم را فراهم می کند ، کریستال های کاربید سیلیکون در یک محیط با دمای بالا و درجه حرارت بالا بالاتر از 2000 درجه سانتیگراد رشد می کنند و کنترل دما دقیق در طول تولید مورد نیاز است ، و کنترل دما بسیار چالش برانگیز است.

(2) چالش های کنترل ساختار کریستال: فرآیند رشد مستعد نقص هایی مانند میکروتوب ها ، اجزاء چند شکل و جابجایی است که با یکدیگر در تعامل و تکامل هستند.

میکروتوب ها (MP) نقص از طریق نوع از چندین میکرومتر تا ده ها میکرومتر هستند و نقص قاتل برای دستگاه ها محسوب می شوند. کریستال های تک کاربید سیلیکون شامل بیش از 200 ساختار کریستالی مختلف است ، اما تنها چند ساختار کریستالی (نوع 4H) به عنوان مواد نیمه هادی برای تولید مناسب هستند. تحولات ساختار کریستالی در طول رشد می تواند منجر به نقص ناخالصی چند شکل شود ، بنابراین کنترل دقیق نسبت سیلیکون به کربن ، گرادیان دمای رشد ، سرعت رشد کریستال و پارامترهای جریان/فشار گاز مورد نیاز است.

علاوه بر این ، شیب دما در میدان حرارتی در طول کاربید سیلیکون تک کریستال منجر به تنش های داخلی اولیه و نقص های ناشی از جابجایی (جابجایی هواپیمای پایه BPD ، جابجایی های پیچ و تاب TSD ، و دررفتگی های لبه TED) می شود که بر کیفیت و عملکرد لایه های اپیتاکسیال بعدی و دستگاه ها تأثیر می گذارد.

(3) مشکل در کنترل دوپینگ: ناخالصی های خارجی باید به شدت کنترل شوند تا کریستال های رسانا دوپ شده جهت بدست آورند.

(4) سرعت رشد آهسته: میزان رشد کریستال کاربید سیلیکون بسیار کند است. در حالی که مواد سیلیکون سنتی می توانند فقط در 3 روز یک میله کریستالی تشکیل دهند ، میله های کریستالی کاربید سیلیکون به 7 روز نیاز دارند و در نتیجه کارایی تولید ذاتاً پایین تر و تولید به شدت محدود می شود.

از طرف دیگر ، پارامترهای مربوط بهرشد اپیتاکسیال کاربید سیلیکونبسیار دقیق هستند ، از جمله عملکرد آب بندی تجهیزات ، پایداری فشار اتاق واکنش ، کنترل دقیق زمان معرفی گاز ، نسبت دقیق گاز و مدیریت دقیق دمای رسوب. به خصوص با افزایش رتبه بندی ولتاژ دستگاه ، دشواری کنترل پارامترهای ویفر اپیتاکسیال هسته به طور قابل توجهی افزایش می یابد. علاوه بر این ، با افزایش ضخامت لایه اپیتاکسیال ، اطمینان از مقاومت یکنواخت ضمن حفظ ضخامت و کاهش چگالی نقص دیگر به یک چالش مهم دیگر تبدیل شده است.

در سیستم کنترل الکتریکی ، ادغام با دقت بالا از سنسورها و محرک ها لازم است تا اطمینان حاصل شود که تمام پارامترها به طور دقیق و پایدار تنظیم می شوند. بهینه سازی الگوریتم های کنترل نیز بسیار مهم است ، زیرا آنها باید بتوانند استراتژی های کنترل را در زمان واقعی بر اساس سیگنال های بازخورد تنظیم کنند تا با تغییرات مختلف در طی فرآیند رشد اپیتاکسیال کاربید سیلیکون سازگار شوند.

چالش های کلیدی در ساخت بستر SIC:

از طرف عرضه ، برایکوره های رشد کریستالی sic، به دلیل عواملی مانند چرخه صدور گواهینامه تجهیزات طولانی ، هزینه های زیاد مرتبط با تأمین کنندگان تعویض و خطرات پایداری ، تأمین کنندگان داخلی هنوز تجهیزات خود را برای تولید کنندگان بین المللی اصلی SIC تهیه نکرده اند. در میان آنها ، تولید کنندگان بین المللی کاربید سیلیکون پیشرو مانند Wolfspeed ، Coherent و RoHM در درجه اول از تجهیزات رشد کریستالی توسعه یافته و تولید شده در خانه استفاده می کنند ، در حالی که سایر تولید کنندگان بستر اصلی کاربید سیلیکون بین المللی در درجه اول تجهیزات رشد کریستالی را از PVA Tepla آلمانی و ژاپن Nissin Kikai Co. Ltd خریداری می کنند.