گلوگاه نامرئی در رشد SiC: چرا ماده خام 7N فله CVD SiC جایگزین پودر سنتی می شود

در دنیای نیمه هادی های سیلیکون کاربید (SiC)، بیشتر نورها بر روی راکتورهای اپیتاکسیال 8 اینچی یا پیچیدگی های پرداخت ویفر می تابد. با این حال، اگر زنجیره تامین را به همان ابتدا ردیابی کنیم - در داخل کوره حمل و نقل بخار فیزیکی (PVT) - یک "انقلاب مادی" بنیادی بی سر و صدا در حال وقوع است.

برای سال‌ها، پودر SiC سنتز شده، پیشرو صنعت بوده است. اما از آنجایی که تقاضا برای بازده بالا و بول‌های کریستالی ضخیم‌تر تقریباً وسواسی می‌شود، محدودیت‌های فیزیکی پودر سنتی در حال رسیدن به نقطه شکست است. به همین دلیل است7N فله CVD SiC مواد خاماز حاشیه به مرکز بحث های فنی رفته است.

دو «نه» اضافی واقعاً به چه معناست؟
در مواد نیمه هادی، جهش از 5N (99.999٪) به 7N (99.99999٪) ممکن است مانند یک تغییر آماری جزئی به نظر برسد، اما در سطح اتمی، این یک تغییر کامل بازی است.

پودرهای سنتی اغلب با ناخالصی های فلزی کمیاب وارد شده در طول سنتز مبارزه می کنند. در مقابل، مواد انبوه تولید شده از طریق رسوب بخار شیمیایی (CVD) می توانند غلظت ناخالصی را تا سطح قسمت در میلیارد (ppb) کاهش دهند. برای کسانی که در حال رشد کریستال های نیمه عایق با خلوص بالا (HPSI) هستند، این سطح از خلوص فقط یک معیار سنجش غرور نیست، بلکه یک ضرورت است. محتوای بسیار کم نیتروژن (N) عامل اصلی است که تعیین می کند آیا یک بستر می تواند مقاومت بالایی را که برای کاربردهای RF مورد نیاز است حفظ کند یا خیر.

حل آلودگی "گرد و غبار کربن": یک راه حل فیزیکی برای نقص کریستال

هرکسی که مدتی را در اطراف کوره رشد کریستال گذرانده باشد، می داند که "آزاد شدن کربن" کابوس نهایی است.

هنگام استفاده از پودر به عنوان منبع، دمای بیش از 2000 درجه سانتیگراد اغلب باعث گرافیت شدن یا فروپاشی ذرات ریز می شود. این ذرات ریز و بدون لنگر "غبار کربن" را می توان توسط جریان های گاز حمل کرد و مستقیماً روی سطح مشترک رشد کریستال فرود آمد و دررفتگی ها یا اجزایی ایجاد کرد که به طور موثر کل ویفر را از بین می برد.

مواد فله CVD-SiC متفاوت عمل می کنند. چگالی آن تقریباً تئوری است، به این معنی که بیشتر شبیه یک بلوک یخ در حال ذوب شدن است تا یک توده شن. به طور یکنواخت از سطح صاف می شود و از نظر فیزیکی منبع گرد و غبار را قطع می کند. این محیط "رشد تمیز" ثبات اساسی مورد نیاز برای افزایش بازده کریستال های 8 اینچی با قطر بزرگ را فراهم می کند.

سینتیک: شکستن محدودیت سرعت 0.8 میلی متر در ساعت

نرخ رشد مدتهاست که "پاشنه آشیل" بهره وری SiC بوده است. در راه‌اندازی‌های سنتی، نرخ‌ها معمولاً بین 0.3 تا 0.8 میلی‌متر در ساعت هستند و باعث می‌شوند چرخه‌های رشد یک هفته یا بیشتر طول بکشد.

چرا تغییر به مواد حجیم می تواند این نرخ ها را به 1.46 میلی متر در ساعت برساند؟ این به بازده انتقال جرم در میدان حرارتی بستگی دارد:

1. تراکم بسته بندی بهینه:ساختار مواد حجیم در بوته به حفظ گرادیان دمایی پایدارتر و تندتر کمک می کند. ترمودینامیک پایه به ما می گوید که یک گرادیان بزرگتر نیروی محرکه قوی تری برای انتقال فاز گاز فراهم می کند.

2. تعادل استوکیومتری:مواد انبوه به طور قابل پیش‌بینی‌تری تعالی پیدا می‌کنند، و سردرد رایج «غنی از سی» بودن در شروع رشد و «غنی از سی» در پایان را برطرف می‌کند.

این ثبات ذاتی به کریستال‌ها اجازه می‌دهد تا ضخیم‌تر و سریع‌تر رشد کنند، بدون اینکه در کیفیت ساختاری تغییری ایجاد شود.

نتیجه گیری: یک امر اجتناب ناپذیر برای عصر 8 اینچی

از آنجایی که صنعت به طور کامل به سمت تولید 8 اینچی می رود، حاشیه خطا از بین رفته است. انتقال به مواد فله با خلوص بالا دیگر فقط یک "ارتقای تجربی" نیست، بلکه تکامل منطقی برای تولیدکنندگانی است که به دنبال نتایج با بازده و کیفیت بالا هستند.

حرکت از پودر به فله چیزی بیش از تغییر شکل است. این یک بازسازی اساسی از فرآیند PVT از پایین به بالا است.