تحديات أفران نمو بلورات كربيد السيليكون

الفرن النمو الكريستالهي المعدات الأساسية لزراعة بلورات كربيد السيليكون ، حيث تقاسم أوجه التشابه مع أفران نمو بلورات السيليكون التقليدية. بنية الفرن ليست معقدة بشكل مفرط ، وتتألف في المقام الأول من جسم الفرن ، ونظام التدفئة ، وآلية محرك الملف ، واكتساب الفراغ والقياس ، ونظام إمداد الغاز ، ونظام التبريد ، ونظام التحكم. يحدد الحقل الحراري وظروف العملية داخل الفرن المعلمات الحرجة مثل جودة وحجم وموظف كهربائي لبلورات كربيد السيليكون.

من ناحية ، تكون درجة الحرارة أثناء نمو بلورات كربيد السيليكون مرتفعًا للغاية ولا يمكن مراقبتها في الوقت الفعلي ، وبالتالي فإن التحديات الأساسية تكمن في العملية نفسها.التحديات الرئيسية هي على النحو التالي:

(1) صعوبة في التحكم في المجال الحراري: المراقبة في غرفة درجات الحرارة العالية المختومة أمر صعب ولا يمكن السيطرة عليه. على عكس معدات نمو البلورة المباشرة القائمة على السيليكون القائمة على الحلول ، والتي لها مستويات أتمتة عالية وتتيح عمليات نمو يمكن ملاحظتها وقابلة للتعديل ، تنمو بلورات كربيد السيليكون في بيئة عالية الحرارة مغلقة فوق 2000 درجة مئوية ، ويلزم التحكم الدقيق في درجات الحرارة أثناء الإنتاج ، مما يجعل تحكم درجة الحرارة صعبة للغاية ؛

(2) تحديات التحكم في الهيكل الكريستالي: عملية النمو عرضة للعيوب مثل الأنابيب الدقيقة ، والضوائر المتعددة الأشكال ، والخلع ، والتي تتفاعل وتتطور مع بعضها البعض.

الأنابيب الدقيقة (MP) هي عيوب من النوع تتراوح في الحجم من عدة ميكرومتر إلى عشرات ميكرومتر ، وتعتبر عيوب قاتلة للأجهزة ؛ تشمل البلورات المفردة كربيد السيليكون أكثر من 200 من هياكل البلورة المختلفة ، ولكن فقط عدد قليل من الهياكل البلورية (نوع 4H) مناسبة كمواد أشباه الموصلات للإنتاج. يمكن أن تؤدي تحولات الهيكل البلوري أثناء النمو إلى عيوب شوائب متعددة الأشكال ، لذلك مطلوب التحكم الدقيق في نسبة السيليكون إلى الكربون ، وتدرج درجة حرارة النمو ، ومعدل نمو البلورة ، ومعلمات تدفق الغاز/الضغط ؛

بالإضافة إلى ذلك ، تؤدي تدرجات درجة الحرارة في المجال الحراري أثناء نمو الكريستال الفردي للسيليكون إلى ضغوط داخلية أولية وعيوب مستحثة مثل الخلع (خلع المستوى القاعدي BPD ، وتوقيع الخلل TSD ، وخلع الحافة TED) ، والتي تؤثر على جودة وأداء الطبقات الفاصلة الفاصلة والأداء.

(3) صعوبة في التحكم في المنشطات: يجب التحكم في الشوائب الخارجية بصرامة للحصول على بلورات موصلة مخدر اتجاهي ؛

(4) معدل النمو البطيء: معدل نمو البلورة لكربريد السيليكون بطيء للغاية. في حين أن مواد السيليكون التقليدية يمكن أن تشكل قضيبًا بلوريًا في 3 أيام فقط ، فإن قضبان بلورات كربيد السيليكون تتطلب 7 أيام ، مما يؤدي إلى انخفاض كفاءة الإنتاج بطبيعتها وإخراج محدود للغاية.

من ناحية أخرى ، المعلمات لالنمو الفوقي للسيليكون كربيدهي صارمة للغاية ، بما في ذلك أداء ختم المعدات ، واستقرار ضغط غرفة التفاعل ، والتحكم الدقيق في وقت مقدمة الغاز ، ونسبة الغاز الدقيقة ، والإدارة الصارمة لدرجة حرارة الترسب. خاصة مع زيادة تصنيفات جهد الجهاز ، تزداد صعوبة التحكم في معلمات الويفر الأساسية الأساسية بشكل كبير. بالإضافة إلى ذلك ، مع زيادة سمك الطبقة الفوقية ، أصبح ضمان مقاومة موحدة مع الحفاظ على سمك وتقليل كثافة العيوب تحديًا كبيرًا آخر.

في نظام التحكم الكهربائي ، يلزم تكامل الدقة العالية للمستشعرات والمشغلات لضمان تنظيم جميع المعلمات بدقة وثابتة. يعد تحسين خوارزميات التحكم أمرًا بالغ الأهمية أيضًا ، حيث يجب أن تكون قادرة على ضبط استراتيجيات التحكم في الوقت الفعلي بناءً على إشارات التغذية المرتدة للتكيف مع التغييرات المختلفة أثناء عملية النمو الفوقي للسيليكون.

التحديات الرئيسية في تصنيع الركيزة كذا:

من جانب العرض ، لأفران النمو الكريستالية كذانظرًا لعوامل مثل دورات شهادات المعدات المطولة ، والتكاليف المرتفعة المرتبطة بموردي التبديل ، ومخاطر الاستقرار ، لم يقم الموردون المحليون بعد بتزويد المعدات بمصنعي SIC الدوليين. من بينها ، يستخدم مصنعو كربيد السيليكون الرائد الدوليين مثل Wolfspeed و Coherent و RoHM معدات نمو البلورة التي تم تطويرها وإنتاجها داخل الشركة ، في حين أن مصنعي الركيزة الدولي الأخرى للسيليكون كربيد السائدة يشترون في المقام الأول معدات نمو البلورة الألمانية من PVA Tepla وشركاه Nissin Kikai اليابانية ، Ltd.