Kluczowe punkty w przygotowaniu wysokiej jakości monokryształów węglika krzemu

Metody przygotowania monokryształów SiC: Skupienie na metodzie PVT

Główne metody przygotowywania monokryształów węglika krzemu (SiC) obejmują fizyczne transportowanie par (PVT), wzrost z roztworu z zarodkiem (TSSG) i wysokotemperaturowe osadzanie chemiczne z fazy gazowej (HT-CVD).
Spośród nich, metoda PVT jest najczęściej stosowana w produkcji przemysłowej ze względu na proste wyposażenie, łatwość kontroli, stosunkowo niski koszt sprzętu i koszty operacyjne.

Kluczowe technologie we wzroście PVT kryształów SiC

Schemat struktury wzrostu PVT

Kluczowe kwestie przy hodowli kryształów SiC metodą fizycznego transportu par (PVT) obejmują:

Czystość materiałów grafitowych w polu termicznym

Zawartość zanieczyszczeń w częściach grafitowych musi być poniżej 5×10⁻⁶, a zawartość zanieczyszczeń w filcu izolacyjnym powinna być poniżej 10×10⁻⁶.

Stężenia boru (B) i glinu (Al) muszą być mniejsze niż 0.1×10⁻⁶.

Prawidłowy dobór polaryzacji kryształu zarodkowego

Płaszczyzna C (0001) jest odpowiednia do hodowli kryształów 4H-SiC.

Płaszczyzna Si (0001) jest odpowiednia do hodowli kryształów 6H-SiC.

Użycie kryształu zarodkowego pozaosiowego

Zarodki pozaosiowe zmieniają symetrię wzrostu i pomagają zmniejszyć powstawanie defektów w krysztale.

Dobry proces łączenia kryształu zarodkowego

Zapewnia stabilność mechaniczną i jednorodność podczas procesu wzrostu.

Stabilna granica wzrostu podczas procesu

Utrzymanie stabilnej granicy ciało stałe–gaz jest kluczowe dla tworzenia wysokiej jakości kryształów.

Krytyczne technologie dla wzrostu kryształów SiC

Technologia domieszkowania w proszku SiC

Domieszkowanie cerem (Ce) w proszku źródłowym sprzyja stabilnemu wzrostowi jednofazowych kryształów 4H-SiC.

Korzyści obejmują zwiększoną szybkość wzrostu, poprawioną kontrolę orientacji, zmniejszoną ilość zanieczyszczeń i defektów oraz zwiększoną stabilność jednofazową i jakość kryształów.

Pomaga również w tłumieniu erozji tylnej strony i poprawia monokrystaliczność.

Kontrola osiowych i promieniowych gradientów termicznych

Osiowy gradient termiczny wpływa na stabilność polimorficzną i wydajność wzrostu.

Niskie gradienty mogą skutkować niepożądanymi polimorfami i zmniejszonym transportem materiału.

Właściwe gradienty osiowe i promieniowe zapewniają szybki wzrost i stabilną jakość kryształów.

Kontrola dyslokacji płaszczyzny podstawowej (BPD)

BPD są spowodowane naprężeniem ścinającym przekraczającym krytyczne naprężenie ścinające SiC.

Defekty te powstają podczas etapów wzrostu i chłodzenia z powodu aktywacji systemu poślizgu.

Zmniejszenie naprężeń wewnętrznych minimalizuje powstawanie BPD.

Kontrola stosunku składu fazy gazowej

Wyższy stosunek węgla do krzemu w fazie gazowej pomaga w tłumieniu konwersji polimorficznej.

Zmniejsza duże skupianie się stopni, utrzymuje informacje o powierzchni wzrostu i zwiększa stabilność polimorficzną.

​

Kontrola wzrostu przy niskich naprężeniach

Naprężenia wewnętrzne prowadzą do zginania sieci krystalicznej, pękania kryształów i zwiększonej liczby BPD, co negatywnie wpływa na epitaksję i wydajność urządzeń.

Kluczowe strategie redukcji naprężeń obejmują:

• Optymalizację pola termicznego i parametrów procesu w celu zbliżenia się do wzrostu równowagowego.

• Przeprojektowanie struktury tygla w celu umożliwienia swobodnej ekspansji kryształu.

• Dostosowanie metod łączenia zarodków, np. pozostawienie 2 mm szczeliny między zarodkiem a uchwytem grafitowym w celu uwzględnienia różnic w rozszerzalności cieplnej.

• Kontrola wyżarzania po wzroście, w tym chłodzenie w piecu in-situ i zoptymalizowane parametry wyżarzania w celu uwolnienia naprężeń resztkowych.

Trendy rozwojowe w technologii wzrostu kryształów SiC
 

W przyszłości wzrost wysokiej jakości monokryształów SiC będzie postępował w następujących kierunkach:

Większy rozmiar wafla

Średnica wafla SiC wzrosła z kilku milimetrów do 6-cali, 8-cali, a nawet 12-cali.

Większe wafle poprawiają wydajność produkcji, obniżają koszty i spełniają wymagania dotyczące urządzeń dużej mocy.

Wyższa jakość

Chociaż jakość kryształów SiC znacznie się poprawiła, nadal występują defekty, takie jak mikrorury, dyslokacje i zanieczyszczenia.

Eliminacja tych defektów ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia wydajności i niezawodności urządzeń.

Niższy koszt

Obecny wysoki koszt kryształów SiC ogranicza ich powszechne zastosowanie.

Redukcję kosztów można osiągnąć poprzez optymalizację procesów, poprawę wydajności i tańsze surowce.

Wnioski:

Wzrost wysokiej jakości monokryształów SiC jest kluczowym obszarem badań nad materiałami półprzewodnikowymi. Dzięki ciągłemu postępowi technologicznemu, techniki wzrostu kryształów SiC będą ewoluować dalej, kładąc solidne podstawy dla ich zastosowania w elektronice wysokotemperaturowej, wysokiej częstotliwości i dużej mocy.

Nasze produkty：