ความท้าทายทางเทคนิคในเตาหลอมการเติบโตของคริสตัลซิลิคอนคาร์ไบด์

เตาเติบโตคริสตัลซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) เป็นรากฐานสำคัญของเวเฟอร์ SiCการผลิต. ในขณะที่มีความคล้ายคลึงกันกับเตาหลอมคริสตัลซิลิคอนแบบเดิม เตาหลอม SiC ต้องเผชิญกับความท้าทายที่ไม่เหมือนใคร เนื่องจากสภาวะการเจริญเติบโตที่รุนแรงของวัสดุและกลไกการก่อตัวของข้อบกพร่องที่ซับซ้อน ความท้าทายเหล่านี้สามารถแบ่งกว้าง ๆ ออกเป็นสองด้าน: การเติบโตของผลึกและการเติบโตของส่วนนอก

ความท้าทายในการเติบโตของคริสตัล:

การเติบโตของผลึก SiC ต้องการการควบคุมที่แม่นยำในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงและปิด ทำให้การตรวจสอบและการควบคุมกระบวนการทำได้ยากเป็นพิเศษ ความท้าทายที่สำคัญ ได้แก่ :

(1) การควบคุมสนามความร้อน: การรักษาอุณหภูมิให้คงที่และสม่ำเสมอภายในห้องปิดผนึกที่มีอุณหภูมิสูงถือเป็นสิ่งสำคัญแต่ก็ท้าทายอย่างยิ่ง ต่างจากกระบวนการเจริญเติบโตแบบหลอมเหลวที่ควบคุมได้ซึ่งใช้สำหรับซิลิคอน การเติบโตของผลึก SiC เกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูงกว่า 2,000°C ทำให้แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยในการตรวจสอบและปรับเปลี่ยนแบบเรียลไทม์ การควบคุมอุณหภูมิที่แม่นยำเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งในการบรรลุคุณสมบัติคริสตัลที่ต้องการ

(2) การควบคุมประเภทโพลีไทป์และข้อบกพร่อง: กระบวนการเจริญเติบโตมีความไวสูงต่อข้อบกพร่อง เช่น ไมโครไปป์ (MPs) การรวมโพลีไทป์ และการเคลื่อนตัว ซึ่งแต่ละข้อบกพร่องส่งผลกระทบต่อคุณภาพของคริสตัล MP ซึ่งมีข้อบกพร่องที่เจาะทะลุขนาดหลายไมครอน ส่งผลเสียต่อประสิทธิภาพของอุปกรณ์เป็นพิเศษ SiC มีอยู่ในโพลีไทป์มากกว่า 200 ชนิด โดยมีเพียงโครงสร้าง 4H เท่านั้นที่เหมาะสำหรับการใช้งานเซมิคอนดักเตอร์ การควบคุมปริมาณสัมพันธ์ การไล่ระดับอุณหภูมิ อัตราการเติบโต และไดนามิกของการไหลของก๊าซเป็นสิ่งจำเป็นในการลดการรวมโพลีไทป์ให้เหลือน้อยที่สุด นอกจากนี้ การไล่ระดับความร้อนภายในห้องการเจริญเติบโตสามารถกระตุ้นให้เกิดความเครียดตามธรรมชาติ ซึ่งนำไปสู่การเคลื่อนตัวต่างๆ (การเคลื่อนที่ของระนาบฐาน (BPD) การเคลื่อนตัวของสกรูเกลียว (TSD) การเคลื่อนตัวของขอบเกลียว (TED)) ที่ส่งผลต่อการทำงานของเยื่อบุผิวและประสิทธิภาพของอุปกรณ์ในภายหลัง

(3) การควบคุมสิ่งเจือปน: การได้โปรไฟล์ยาสลบที่แม่นยำ จำเป็นต้องมีการควบคุมสิ่งเจือปนภายนอกอย่างพิถีพิถัน การปนเปื้อนโดยไม่ได้ตั้งใจสามารถเปลี่ยนคุณสมบัติทางไฟฟ้าของผลึกขั้นสุดท้ายได้อย่างมาก

(4) อัตราการเติบโตช้า: การเติบโตของผลึก SiC นั้นช้าโดยธรรมชาติเมื่อเทียบกับซิลิคอน แม้ว่าแท่งซิลิคอนจะเติบโตได้ภายใน 3 วัน แต่ SiC ต้องใช้เวลา 7 วันขึ้นไป ซึ่งส่งผลกระทบอย่างมากต่อประสิทธิภาพการผลิตและผลผลิต

ความท้าทายในการเติบโตของ Epitaxis:

การเติบโตของ SiC เอพิแทกเซียล ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการสร้างโครงสร้างอุปกรณ์ ต้องการการควบคุมพารามิเตอร์กระบวนการที่เข้มงวดยิ่งขึ้น:

การควบคุมที่มีความแม่นยำสูง:ความสุญญากาศของห้องเพาะเลี้ยง ความเสถียรของแรงดัน ระยะเวลาและองค์ประกอบในการจ่ายก๊าซที่แม่นยำ และการควบคุมอุณหภูมิที่เข้มงวด มีความสำคัญอย่างยิ่งในการบรรลุคุณสมบัติของชั้นเอปิแอกเชียลที่ต้องการ ความต้องการเหล่านี้มีความเข้มงวดมากยิ่งขึ้นเมื่อความต้องการแรงดันไฟฟ้าของอุปกรณ์เพิ่มขึ้น

ความสม่ำเสมอและความหนาแน่นของข้อบกพร่อง:การรักษาความต้านทานที่สม่ำเสมอและความหนาแน่นของข้อบกพร่องต่ำในชั้นเอพิแทกเซียลที่หนาขึ้นถือเป็นความท้าทายที่สำคัญ

ระบบควบคุมขั้นสูง:ระบบควบคุมเครื่องกลไฟฟ้าที่ซับซ้อนพร้อมเซ็นเซอร์และแอคชูเอเตอร์ที่มีความแม่นยำสูงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการควบคุมพารามิเตอร์ที่แม่นยำและมีเสถียรภาพ อัลกอริธึมการควบคุมขั้นสูงที่มีความสามารถในการปรับเปลี่ยนแบบเรียลไทม์โดยอิงตามผลตอบรับของกระบวนการถือเป็นสิ่งสำคัญในการนำทางความซับซ้อนของการเติบโตของเยื่อบุผิว SiC

การเอาชนะอุปสรรคทางเทคนิคเหล่านี้ถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการปลดล็อกศักยภาพสูงสุดของเทคโนโลยี SiC ความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องในการออกแบบเตาเผา การควบคุมกระบวนการ และเทคนิคการตรวจสอบในแหล่งกำเนิดมีความสำคัญอย่างยิ่งในการขับเคลื่อนการนำวัสดุที่มีแนวโน้มนี้ไปใช้อย่างกว้างขวางในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ประสิทธิภาพสูง**