Desafios técnicos em fornos de crescimento de cristais de carboneto de silício

Os fornos de crescimento de cristais de carboneto de silício (SiC) são a base daBolacha de SiCprodução. Embora compartilhem semelhanças com os fornos tradicionais de crescimento de cristais de silício, os fornos de SiC enfrentam desafios únicos devido às condições extremas de crescimento do material e aos complexos mecanismos de formação de defeitos. Esses desafios podem ser amplamente categorizados em duas áreas: crescimento de cristais e crescimento epitaxial.

Desafios de crescimento do cristal:

O crescimento de cristais de SiC exige controle preciso em um ambiente fechado e de alta temperatura, tornando o monitoramento e o controle do processo excepcionalmente difíceis. Os principais desafios incluem:

(1) Controle do campo térmico: Manter um perfil de temperatura estável e uniforme dentro da câmara selada de alta temperatura é crucial, mas extremamente desafiador. Ao contrário dos processos controláveis ​​de crescimento por fusão usados ​​para o silício, o crescimento do cristal de SiC ocorre acima de 2.000°C, tornando quase impossível o monitoramento e o ajuste em tempo real. O controle preciso da temperatura é fundamental para alcançar as propriedades cristalinas desejadas.

(2) Controle de politipos e defeitos: O processo de crescimento é altamente suscetível a defeitos como microtubos (MPs), inclusões de politipos e deslocamentos, cada um impactando a qualidade do cristal. MPs, defeitos penetrantes de vários mícrons de tamanho, são particularmente prejudiciais ao desempenho do dispositivo. O SiC existe em mais de 200 politipos, sendo apenas a estrutura 4H adequada para aplicações de semicondutores. O controle da estequiometria, gradientes de temperatura, taxa de crescimento e dinâmica do fluxo de gás é essencial para minimizar inclusões politípicas. Além disso, gradientes térmicos dentro da câmara de crescimento podem induzir estresse nativo, levando a vários deslocamentos (luxações do plano basal (BPDs), luxações de parafuso de rosqueamento (TSDs), luxações de borda de rosqueamento (TEDs)) que afetam a epitaxia subsequente e o desempenho do dispositivo.

(3) Controle de Impurezas: A obtenção de perfis de dopagem precisos exige um controle meticuloso sobre as impurezas externas. Qualquer contaminação não intencional pode alterar significativamente as propriedades elétricas do cristal final.

(4) Taxa de crescimento lenta: O crescimento do cristal de SiC é inerentemente lento em comparação com o silício. Embora um lingote de silício possa ser cultivado em 3 dias, o SiC requer 7 dias ou mais, impactando significativamente a eficiência e a produção da produção.

Desafios do crescimento epitaxial:

O crescimento epitaxial do SiC, crucial para formar estruturas de dispositivos, exige um controle ainda mais rígido sobre os parâmetros do processo:

Controle de alta precisão:A hermeticidade da câmara, a estabilidade da pressão, o tempo e a composição precisos do fornecimento de gás e o controle rigoroso da temperatura são essenciais para alcançar as propriedades desejadas da camada epitaxial. Essas demandas tornam-se ainda mais rigorosas com o aumento dos requisitos de tensão do dispositivo.

Uniformidade e densidade de defeitos:Manter a resistividade uniforme e a baixa densidade de defeitos em camadas epitaxiais mais espessas apresenta um desafio significativo.

Sistemas de controle avançados:Sistemas de controle eletromecânicos sofisticados com sensores e atuadores de alta precisão são cruciais para uma regulação de parâmetros precisa e estável. Algoritmos de controle avançados capazes de ajuste em tempo real com base no feedback do processo são essenciais para navegar pelas complexidades do crescimento epitaxial do SiC.

Superar estes obstáculos técnicos é essencial para desbloquear todo o potencial da tecnologia SiC. Avanços contínuos no projeto de fornos, controle de processos e técnicas de monitoramento in-situ são vitais para impulsionar a ampla adoção deste material promissor em eletrônica de alto desempenho.**