실리콘 카바이드 결정 성장 용광로의 도전

그만큼크리스탈 성장 용광로실리콘 카바이드 결정을 재배하기위한 핵심 장비이며, 전통적인 실리콘 결정 성장 용광로와 유사성을 공유합니다. 용광로 구조는 지나치게 복잡하지 않으며 주로 퍼니스 본체, 난방 시스템, 코일 구동 메커니즘, 진공 획득 및 측정 시스템, 가스 공급 시스템, 냉각 시스템 및 제어 시스템으로 구성됩니다. 용광로 내의 열 장 및 공정 조건은 실리콘 카바이드 결정의 품질, 크기 및 전기 전도도와 같은 중요한 파라미터를 결정합니다.

한편으로, 실리콘 카바이드 결정 성장의 온도는 매우 높고 실시간으로 모니터링 할 수 없으므로 주요 과제는 프로세스 자체에 있습니다.주요 과제는 다음과 같습니다.

(1) 열 필드 제어의 어려움: 밀봉 된 고온 챔버에서의 모니터링은 도전적이고 통제 할 수 없습니다. 자동화 수준이 높고 관찰 가능하고 조절 가능한 성장 공정을 허용하는 전통적인 실리콘 기반 솔루션 기반의 직접 풀 결정 성장 장비와 달리, 실리콘 카바이드 결정은 2,000 ° C 이상의 밀봉 된 고온 환경에서 자라며 생산 중에 정확한 온도 제어가 필요하므로 온도 제어가 매우 어려워집니다.

(2) 결정 구조 제어 문제: 성장 과정은 마이크로 튜브, 다형성 포함 및 탈구와 같은 결함이 발생하며 서로 상호 작용하고 진화합니다.

마이크로 튜브 (MP)는 몇 마이크로 미터에서 수십 마이크로 미터까지 크기가 범위의 경유 결함이며, 장치의 킬러 결함으로 간주된다. 실리콘 탄화물 단결정에는 200 개가 넘는 다른 결정 구조가 포함되지만, 몇 가지 결정 구조 (4H 유형)만이 생산을위한 반도체 재료로 적합합니다. 성장 동안의 결정 구조 변환은 다형성 불순물 결함을 유발할 수 있으므로 실리콘 대 탄소 비율, 성장 온도 구배, 결정 성장 속도 및 가스 흐름/압력 파라미터의 정확한 제어가 필요합니다.

또한, 실리콘 카바이드 단결정 성장 동안 열 장의 온도 구배는 일차 내부 응력 및 탈구 (기저 평면 탈구 BPD, 트위스트 탈구 TSD 및 가장자리 탈구 TED)와 같은 유도 된 결함을 초래하여 후속 epitaxial 층 및 장치의 품질 및 성능에 영향을 미칩니다.

(3) 도핑 제어의 어려움: 방향 적으로 도핑 된 전도성 결정을 얻기 위해 외부 불순물을 엄격하게 제어해야합니다.

(4) 느린 성장률: 실리콘 탄화물의 결정 성장 속도는 매우 느립니다. 전통적인 실리콘 재료는 단 3 일 만에 결정 막대를 형성 할 수 있지만 실리콘 카바이드 크리스탈로드는 7 일이 필요하므로 본질적으로 생산 효율이 낮아지고 출력이 심각하게 제한됩니다.

반면에, 매개 변수실리콘 카바이드 에피 택셜 성장장비 밀봉 성능, 반응 챔버 압력 안정성, 가스 도입 시간의 정확한 제어, 정확한 가스 비율 및 증착 온도의 엄격한 관리를 포함하여 매우 엄격합니다. 특히 장치 전압 등급이 증가함에 따라 핵심 에피 택셜 웨이퍼 매개 변수를 제어하기가 어려움이 크게 증가합니다. 또한, 에피 택셜 층의 두께가 증가함에 따라, 두께를 유지하고 결함 밀도를 감소시키면서 균일 한 저항력을 보장하는 것이 또 다른 주요 과제가되었습니다.

전기 제어 시스템에서 모든 매개 변수가 정확하고 안정적으로 조절되도록 센서 및 액추에이터의 고정밀 통합이 필요합니다. 제어 알고리즘의 최적화도 실리콘 카바이드 에피 택셜 성장 공정 동안 다양한 변화에 적응하기 위해 피드백 신호를 기반으로 제어 전략을 실시간으로 조정할 수 있어야하므로 중요합니다.

SIC 기판 제조의 주요 과제 :

공급 측면에서SIC 결정 성장 용광로장비 장비 인증주기가 길고 공급 업체 스위칭과 관련된 높은 비용 및 안정성 위험과 같은 요인으로 인해 국내 공급 업체는 아직 국제 주류 SIC 제조업체에 장비를 공급하지 않았습니다. 그 중에서도 Wolfspeed, Coherent 및 ROHM과 같은 국제 최고의 실리콘 카바이드 제조업체는 주로 사내에서 개발되고 생산 된 Crystal Growth 장비를 사용하는 반면, 다른 국제 주류 실리콘 카바이드 기판 제조업체는 주로 독일 PVA TEPLA 및 Japanese Nissin Kikai Co., LTD에서 결정 성장 장비를 구매합니다.