ບົດບາດສໍາຄັນຂອງ SiC Substrates ແລະການຂະຫຍາຍຕົວຂອງ Crystal ໃນອຸດສາຫະກໍາ Semiconductor

ພາຍໃນລະບົບຕ່ອງໂສ້ອຸດສາຫະກໍາ silicon carbide (SiC), ຜູ້ສະຫນອງ substrate ຖື leverage ທີ່ສໍາຄັນ, ຕົ້ນຕໍແມ່ນຍ້ອນການແຈກຢາຍມູນຄ່າ.substrates SiC ກວມເອົາ 47% ຂອງມູນຄ່າທັງຫມົດ, ຕິດຕາມດ້ວຍຊັ້ນ epitaxial ຢູ່ທີ່ 23%, ໃນຂະນະທີ່ການອອກແບບອຸປະກອນແລະການຜະລິດປະກອບເປັນ 30% ທີ່ຍັງເຫຼືອ. ລະບົບຕ່ອງໂສ້ມູນຄ່າ inverted ນີ້ແມ່ນມາຈາກອຸປະສັກທາງດ້ານເຕັກໂນໂລຢີສູງທີ່ເກີດຂື້ນກັບການຜະລິດຊັ້ນຍ່ອຍແລະຊັ້ນ epitaxial.

3 ສິ່ງທ້າທາຍໃຫຍ່ທີ່ເຮັດໃຫ້ເກີດການເຕີບໃຫຍ່ຂອງຊັ້ນຍ່ອຍ SiC:ເງື່ອນໄຂການຂະຫຍາຍຕົວທີ່ເຂັ້ມງວດ, ອັດຕາການເຕີບໂຕຊ້າ, ແລະຄວາມຕ້ອງການດ້ານ crystallographic. ຄວາມສັບສົນເຫຼົ່ານີ້ປະກອບສ່ວນເຮັດໃຫ້ຄວາມຫຍຸ້ງຍາກໃນການປຸງແຕ່ງເພີ່ມຂຶ້ນ, ໃນທີ່ສຸດເຮັດໃຫ້ຜົນຜະລິດຂອງຜະລິດຕະພັນຕ່ໍາແລະຄ່າໃຊ້ຈ່າຍສູງ. ຍິ່ງໄປກວ່ານັ້ນ, ຄວາມຫນາຂອງຊັ້ນ epitaxial ແລະຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງ doping ແມ່ນຕົວກໍານົດການທີ່ສໍາຄັນທີ່ມີຜົນກະທົບໂດຍກົງຕໍ່ການປະຕິບັດອຸປະກອນສຸດທ້າຍ.

ຂະ​ບວນ​ການ​ຜະ​ລິດ substrate SiC​:

ການສັງເຄາະວັດຖຸດິບ:ຝຸ່ນຊິລິຄອນ ແລະ ກາກບອນທີ່ມີຄວາມບໍລິສຸດສູງແມ່ນໄດ້ຖືກປະສົມຢ່າງລະມັດລະວັງຕາມສູດສະເພາະ. ປະສົມນີ້ຜ່ານການປະຕິກິລິຍາທີ່ມີອຸນຫະພູມສູງ (ສູງກວ່າ 2000 ° C) ເພື່ອສັງເຄາະອະນຸພາກ SiC ດ້ວຍໂຄງສ້າງຜລຶກທີ່ຄວບຄຸມແລະຂະຫນາດຂອງອະນຸພາກ. ຂະບວນການຂັດ, sieving, ແລະທໍາຄວາມສະອາດຕໍ່ມາໃຫ້ຜົງ SiC ທີ່ມີຄວາມບໍລິສຸດສູງທີ່ເຫມາະສົມສໍາລັບການເຕີບໂຕຂອງຜລຶກ.

ການ​ຂະ​ຫຍາຍ​ຕົວ​ໄປ​ເຊຍ​ກັນ​:ໃນຖານະເປັນຂັ້ນຕອນທີ່ສໍາຄັນທີ່ສຸດໃນການຜະລິດ substrate SiC, ການຂະຫຍາຍຕົວຂອງໄປເຊຍກັນກໍານົດຄຸນສົມບັດໄຟຟ້າຂອງ substrate ໄດ້. ໃນປັດຈຸບັນ, ວິທີການຂົນສົ່ງ Vapor ທາງດ້ານຮ່າງກາຍ (PVT) ຄອບງໍາການຂະຫຍາຍຕົວໄປເຊຍກັນ SiC ການຄ້າ. ທາງເລືອກລວມທັງການຕົກຄ້າງທາງເຄມີທີ່ອຸນຫະພູມສູງ (HT-CVD) ແລະໄລຍະ Epitaxy ຂອງແຫຼວ (LPE), ເຖິງແມ່ນວ່າການຮັບຮອງເອົາທາງການຄ້າຂອງພວກເຂົາຍັງຈໍາກັດ.

ການປຸງແຕ່ງ Crystal:ຂັ້ນຕອນນີ້ກ່ຽວຂ້ອງກັບການປ່ຽນ boules SiC ເຂົ້າໄປໃນ wafers ຂັດໂດຍຜ່ານຂັ້ນຕອນທີ່ລະມັດລະວັງຫຼາຍ: ການປຸງແຕ່ງ ingot, slicing wafer, grinding, polishing, ແລະການທໍາຄວາມສະອາດ. ແຕ່ລະຂັ້ນຕອນຕ້ອງການອຸປະກອນທີ່ມີຄວາມແມ່ນຍໍາສູງແລະຄວາມຊໍານານ, ໃນທີ່ສຸດການຮັບປະກັນຄຸນນະພາບແລະການປະຕິບັດຂອງ substrate SiC ສຸດທ້າຍ.

1. ສິ່ງທ້າທາຍດ້ານວິຊາການໃນການເຕີບໂຕຂອງ SiC Crystal:

ການຂະຫຍາຍຕົວໄປເຊຍກັນ SiC ປະເຊີນກັບອຸປະສັກດ້ານວິຊາການຫຼາຍ:

ອຸນຫະພູມການຂະຫຍາຍຕົວສູງ:ເກີນ 2300 ອົງສາ C, ອຸນຫະພູມເຫຼົ່ານີ້ຈໍາເປັນຕ້ອງມີການຄວບຄຸມຢ່າງເຂັ້ມງວດຕໍ່ທັງອຸນຫະພູມແລະຄວາມກົດດັນພາຍໃນ furnace ການຂະຫຍາຍຕົວ.

ການຄວບຄຸມ polytypism:SiC ວາງສະແດງຫຼາຍກວ່າ 250 polytypes, ດ້ວຍ 4H-SiC ເປັນທີ່ຕ້ອງການທີ່ສຸດສໍາລັບຄໍາຮ້ອງສະຫມັກເອເລັກໂຕຣນິກ. ການບັນລຸ polytype ສະເພາະນີ້ຮຽກຮ້ອງໃຫ້ມີການຄວບຄຸມທີ່ຊັດເຈນກ່ຽວກັບອັດຕາສ່ວນ silicon-carbon, gradients ອຸນຫະພູມ, ແລະນະໂຍບາຍດ້ານການໄຫຼຂອງອາຍແກັສໃນລະຫວ່າງການຈະເລີນເຕີບໂຕ.

ອັດຕາການເຕີບໂຕຊ້າ:PVT, ໃນຂະນະທີ່ມີການສ້າງຕັ້ງທາງດ້ານການຄ້າ, ທົນທຸກຈາກອັດຕາການເຕີບໂຕຊ້າປະມານ 0.3-0.5mm / h. ການເຕີບໃຫຍ່ຂອງຜລຶກ 2 ຊຕມໃຊ້ເວລາປະມານ 7 ມື້, ໂດຍມີຄວາມຍາວຂອງຜລຶກສູງສຸດທີ່ຈໍາກັດຢູ່ທີ່ 3-5 ຊຕມ. ນີ້ກົງກັນຂ້າມຢ່າງຈະແຈ້ງກັບການເຕີບໃຫຍ່ຂອງຊິລິໂຄນ, ບ່ອນທີ່ boules ສູງເຖິງ 2-3m ໃນຄວາມສູງພາຍໃນ 72 ຊົ່ວໂມງ, ມີເສັ້ນຜ່າກາງເຖິງ 6-8 ນິ້ວແລະແມ້ກະທັ້ງ 12 ນິ້ວໃນສິ່ງອໍານວຍຄວາມສະດວກໃຫມ່. ຄວາມແຕກຕ່າງນີ້ຈໍາກັດເສັ້ນຜ່າສູນກາງຂອງ SiC, ໂດຍປົກກະຕິແມ່ນຕັ້ງແຕ່ 4 ຫາ 6 ນິ້ວ.

ໃນຂະນະທີ່ການຂົນສົ່ງອາຍພິດທາງກາຍ (PVT) ຄອບງໍາການເຕີບໂຕຂອງຜລຶກ SiC ທາງດ້ານການຄ້າ, ວິທີການທາງເລືອກເຊັ່ນ: ການຖິ້ມອາຍຂອງສານເຄມີທີ່ອຸນຫະພູມສູງ (HT-CVD) ແລະ Liquid Phase Epitaxy (LPE) ສະເຫນີຂໍ້ໄດ້ປຽບທີ່ແຕກຕ່າງກັນ. ຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ການເອົາຊະນະຂໍ້ຈໍາກັດຂອງພວກເຂົາແລະເພີ່ມອັດຕາການເຕີບໂຕແລະຄຸນນະພາບຂອງໄປເຊຍກັນແມ່ນສໍາຄັນສໍາລັບການຮັບຮອງເອົາອຸດສາຫະກໍາ SiC ຢ່າງກວ້າງຂວາງ.

ນີ້ແມ່ນພາບລວມປຽບທຽບຂອງເຕັກນິກການເຕີບໃຫຍ່ຂອງຜລຶກເຫຼົ່ານີ້:

(1) ການຂົນສົ່ງອາຍພິດທາງກາຍ (PVT):

ຫຼັກການ: ນໍາໃຊ້ກົນໄກ "sublimation-transport-recrystallization" ສໍາລັບການຂະຫຍາຍຕົວໄປເຊຍກັນ SiC.

ຂະບວນການ: ຝຸ່ນຄາບອນແລະຊິລິຄອນທີ່ມີຄວາມບໍລິສຸດສູງແມ່ນປະສົມໃນອັດຕາສ່ວນທີ່ຊັດເຈນ. ຜົງ SiC ແລະໄປເຊຍກັນແກ່ນແມ່ນຖືກຈັດໃສ່ຢູ່ດ້ານລຸ່ມແລະເທິງຂອງ crucible ພາຍໃນ furnace ການຂະຫຍາຍຕົວ, ຕາມລໍາດັບ. ອຸນຫະພູມທີ່ສູງກວ່າ 2000 ອົງສາ C ສ້າງລະດັບອຸນຫະພູມ, ເຮັດໃຫ້ຜົງ SiC sublimate ແລະ re crystalstall ກັບໄປເຊຍກັນຂອງແກ່ນ, ປະກອບເປັນ boule.

ຂໍ້ບົກຜ່ອງ: ອັດຕາການເຕີບໂຕຊ້າ (ປະມານ 2 ຊຕມໃນ 7 ມື້), ຄວາມອ່ອນໄຫວຕໍ່ກັບປະຕິກິລິຍາຂອງແມ່ກາຝາກທີ່ນໍາໄປສູ່ຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງຄວາມບົກຜ່ອງທີ່ສູງຂຶ້ນໃນແກ້ວທີ່ເຕີບໃຫຍ່.

(2) ການຕົກຄ້າງຂອງອາຍພິດເຄມີທີ່ມີອຸນຫະພູມສູງ (HT-CVD):

ຫຼັກການ: ຢູ່ທີ່ອຸນຫະພູມລະຫວ່າງ 2000-2500 ° C, ທາດອາຍຜິດຂອງຄາຣະວາສູງເຊັ່ນ silane, ethane ຫຼື propane, ແລະ hydrogen ໄດ້ຖືກນໍາສະເຫນີເຂົ້າໄປໃນຫ້ອງຕິກິຣິຍາ. ທາດອາຍຜິດເຫຼົ່ານີ້ຈະເສື່ອມໂຊມຢູ່ໃນເຂດອຸນຫະພູມສູງ, ປະກອບເປັນທາດອາຍແກັສ SiC ຄາຣະວາທີ່ຕໍ່ມາຝາກໄວ້ ແລະກາຍເປັນກ້ອນຫີນໃສ່ເມັດພືດໃນເຂດອຸນຫະພູມຕ່ໍາ.

ຂໍ້ໄດ້ປຽບ: ເຮັດໃຫ້ການຈະເລີນເຕີບໂຕຂອງໄປເຊຍກັນຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງ, ນໍາໃຊ້ທາດຄາໂບໄຮເດຣດທີ່ມີຄວາມບໍລິສຸດສູງສົ່ງຜົນໃຫ້ໄປເຊຍກັນ SiC ທີ່ມີຄວາມບໍລິສຸດສູງກວ່າທີ່ມີຂໍ້ບົກພ່ອງຫນ້ອຍ.

ຂໍ້ບົກຜ່ອງ: ອັດຕາການເຕີບໂຕຊ້າ (ປະມານ 0.4-0.5mm / h), ອຸປະກອນສູງແລະຄ່າໃຊ້ຈ່າຍໃນການດໍາເນີນງານ, ຄວາມອ່ອນໄຫວຕໍ່ກັບການອຸດຕັນຂອງ inlets ແລະ outlets ອາຍແກັສ.

(3) Liquid Phase Epitaxy (LPE):

(ໃນຂະນະທີ່ບໍ່ໄດ້ລວມຢູ່ໃນບົດຄັດຫຍໍ້ຂອງເຈົ້າ, ຂ້ອຍກໍາລັງເພີ່ມພາບລວມສັ້ນໆຂອງ LPE ເພື່ອຄວາມສົມບູນ.)

ຫຼັກການ: ໃຊ້ກົນໄກ "ການລະລາຍ-ຝົນ". ຢູ່ທີ່ອຸນຫະພູມຕັ້ງແຕ່ 1400-1800 ອົງສາ C, ຄາບອນຖືກລະລາຍຢູ່ໃນລະລາຍຊິລິຄອນທີ່ມີຄວາມບໍລິສຸດສູງ. ໄປເຊຍກັນ SiC ຕົກຄ້າງອອກຈາກສານລະລາຍທີ່ອີ່ມຕົວຂຶ້ນເມື່ອມັນເຢັນລົງ.

ຂໍ້ໄດ້ປຽບ: ອຸນຫະພູມການຂະຫຍາຍຕົວຕ່ໍາຫຼຸດຜ່ອນຄວາມກົດດັນຄວາມຮ້ອນໃນລະຫວ່າງການເຮັດຄວາມເຢັນ, ເຮັດໃຫ້ຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງຂໍ້ບົກພ່ອງຕ່ໍາແລະຄຸນນະພາບຂອງຜລຶກສູງ. ສະເຫນີອັດຕາການເຕີບໂຕໄວຂຶ້ນຢ່າງຫຼວງຫຼາຍເມື່ອທຽບກັບ PVT.

ຂໍ້ບົກຜ່ອງ: ມີຄວາມສ່ຽງຕໍ່ການປົນເປື້ອນໂລຫະຈາກ crucible, ຈໍາກັດໃນຂະຫນາດໄປເຊຍກັນທີ່ສາມາດບັນລຸໄດ້, ຕົ້ນຕໍແມ່ນຈໍາກັດການຂະຫຍາຍຕົວຂະຫນາດຫ້ອງທົດລອງ.

ແຕ່ລະວິທີສະເຫນີຂໍ້ໄດ້ປຽບແລະຂໍ້ຈໍາກັດທີ່ເປັນເອກະລັກ. ການເລືອກເຕັກນິກການຂະຫຍາຍຕົວທີ່ເຫມາະສົມແມ່ນຂຶ້ນກັບຄວາມຕ້ອງການສະເພາະຂອງຄໍາຮ້ອງສະຫມັກ, ການພິຈາລະນາຄ່າໃຊ້ຈ່າຍ, ແລະຄຸນລັກສະນະຂອງຜລຶກທີ່ຕ້ອງການ.

2. SiC Crystal Processing Challenges and Solutions:

Wafer Slicing:ຄວາມແຂງກະດ້າງ, ຄວາມເສື່ອມ, ແລະຄວາມຕ້ານທານຂອງ SiC ເຮັດໃຫ້ການຊອຍເປັນສິ່ງທ້າທາຍ. ການເລື່ອຍສາຍເພັດແບບດັ້ງເດີມແມ່ນໃຊ້ເວລາຫຼາຍ, ສິ້ນເປືອງ, ແລະຄ່າໃຊ້ຈ່າຍຫຼາຍ. ວິທີແກ້ໄຂປະກອບມີ laser dicing ແລະເຕັກນິກການແບ່ງປັນເຢັນເພື່ອປັບປຸງປະສິດທິພາບ slicing ແລະຜົນຜະລິດ wafer.

Wafer ບາງໆ:ຄວາມແຂງກະດ້າງຕໍ່າຂອງ SiC ເຮັດໃຫ້ມັນມີຄວາມສ່ຽງຕໍ່ການແຕກໃນລະຫວ່າງການບາງໆ, ຂັດຂວາງການຫຼຸດຜ່ອນຄວາມຫນາແຫນ້ນ. ເຕັກນິກໃນປະຈຸບັນແມ່ນອີງໃສ່ການຫມຸນແບບຫມຸນ, ເຊິ່ງທົນທຸກຈາກການສວມໃສ່ຂອງລໍ້ແລະຄວາມເສຍຫາຍຂອງຫນ້າດິນ. ວິທີການແບບພິເສດເຊັ່ນ: ການຂັດດ້ວຍການຊ່ວຍເຫຼືອດ້ວຍສຽງສັ່ນສະເທືອນ ultrasonic ແລະການຂັດກົນຈັກ electrochemical ກໍາລັງຖືກຂຸດຄົ້ນເພື່ອເພີ່ມອັດຕາການກໍາຈັດວັດສະດຸແລະຫຼຸດຜ່ອນຄວາມຜິດປົກກະຕິຂອງພື້ນຜິວ.

3. ອະນາຄົດ:

ການເພີ່ມປະສິດທິພາບການເຕີບໂຕຂອງໄປເຊຍກັນ SiC ແລະການປຸງແຕ່ງ wafer ແມ່ນສໍາຄັນສໍາລັບການຮັບຮອງເອົາ SiC ຢ່າງກວ້າງຂວາງ. ການຄົ້ນຄວ້າໃນອະນາຄົດຈະສຸມໃສ່ການເພີ່ມອັດຕາການເຕີບໂຕ, ການປັບປຸງຄຸນນະພາບຂອງໄປເຊຍກັນ, ແລະການເພີ່ມປະສິດທິພາບການປຸງແຕ່ງ wafer ເພື່ອປົດລັອກທ່າແຮງອັນເຕັມທີ່ຂອງວັດສະດຸ semiconductor ທີ່ມີທ່າແຮງນີ້.**