Tantangan Teknis dalam Tungku Pertumbuhan Kristal Silikon Karbida

Tungku pertumbuhan kristal silikon karbida (SiC) adalah landasannyawafer SiCproduksi. Meskipun memiliki kesamaan dengan tungku pertumbuhan kristal silikon tradisional, tungku SiC menghadapi tantangan unik karena kondisi pertumbuhan material yang ekstrim dan mekanisme pembentukan cacat yang kompleks. Tantangan-tantangan ini secara luas dapat dikategorikan menjadi dua bidang: pertumbuhan kristal dan pertumbuhan epitaksi.

Tantangan Pertumbuhan Kristal:

Pertumbuhan kristal SiC memerlukan kontrol yang tepat pada lingkungan tertutup dan bersuhu tinggi, sehingga pemantauan dan kontrol proses menjadi sangat sulit. Tantangan utama meliputi:

(1) Kontrol Medan Termal: Mempertahankan profil suhu yang stabil dan seragam dalam ruang bersuhu tinggi yang tersegel sangatlah penting namun sangat menantang. Berbeda dengan proses pertumbuhan lelehan terkendali yang digunakan pada silikon, pertumbuhan kristal SiC terjadi di atas 2.000°C, sehingga pemantauan dan penyesuaian secara real-time hampir tidak mungkin dilakukan. Kontrol suhu yang tepat sangat penting untuk mencapai sifat kristal yang diinginkan.

(2) Pengendalian Politipe dan Cacat: Proses pertumbuhan sangat rentan terhadap cacat seperti pipa mikro (MP), inklusi politipe, dan dislokasi, yang masing-masing berdampak pada kualitas kristal. Anggota parlemen, yang menembus cacat berukuran beberapa mikron, sangat merugikan kinerja perangkat. SiC ada di lebih dari 200 politipe, dengan hanya struktur 4H yang cocok untuk aplikasi semikonduktor. Mengontrol stoikiometri, gradien suhu, laju pertumbuhan, dan dinamika aliran gas sangat penting untuk meminimalkan inklusi politipe. Selain itu, gradien termal dalam ruang pertumbuhan dapat menyebabkan tekanan asli, yang menyebabkan berbagai dislokasi (dislokasi bidang basal (BPD), dislokasi sekrup ulir (TSD), dislokasi tepi ulir (TED)) yang berdampak pada epitaksi berikutnya dan kinerja perangkat.

(3) Pengendalian Pengotor: Untuk mencapai profil doping yang tepat memerlukan kontrol yang cermat terhadap pengotor eksternal. Kontaminasi yang tidak disengaja dapat mengubah sifat listrik kristal akhir secara signifikan.

(4) Laju Pertumbuhan Lambat: Pertumbuhan kristal SiC pada dasarnya lambat dibandingkan dengan silikon. Meskipun ingot silikon dapat ditanam dalam 3 hari, SiC membutuhkan 7 hari atau lebih, sehingga berdampak signifikan terhadap efisiensi produksi dan hasil.

Tantangan Pertumbuhan Epitaksi:

Pertumbuhan epitaksi SiC, yang penting untuk membentuk struktur perangkat, memerlukan kontrol yang lebih ketat terhadap parameter proses:

Kontrol Presisi Tinggi:Hermetisitas ruang, stabilitas tekanan, waktu dan komposisi pengiriman gas yang tepat, dan kontrol suhu yang ketat sangat penting untuk mencapai sifat lapisan epitaksi yang diinginkan. Tuntutan ini menjadi lebih ketat dengan meningkatnya kebutuhan voltase perangkat.

Keseragaman dan Kepadatan Cacat:Mempertahankan resistivitas yang seragam dan kepadatan cacat yang rendah pada lapisan epitaksial yang lebih tebal menghadirkan tantangan yang signifikan.

Sistem Kontrol Tingkat Lanjut:Sistem kontrol elektromekanis yang canggih dengan sensor dan aktuator presisi tinggi sangat penting untuk regulasi parameter yang akurat dan stabil. Algoritme kontrol tingkat lanjut yang mampu melakukan penyesuaian waktu nyata berdasarkan umpan balik proses sangat penting untuk menavigasi kompleksitas pertumbuhan epitaksi SiC.

Mengatasi hambatan teknis ini penting untuk membuka potensi penuh teknologi SiC. Kemajuan berkelanjutan dalam desain tungku, pengendalian proses, dan teknik pemantauan di lokasi sangat penting untuk mendorong meluasnya penggunaan material yang menjanjikan ini dalam perangkat elektronik berperforma tinggi.**