シリコン炭化物の結晶成長炉の課題

The クリスタル成長炉炭化シリコンの結晶を栽培するためのコア機器であり、従来のシリコンクリスタル成長炉との類似点を共有しています。炉の構造は、主に炉体、暖房システム、コイル駆動メカニズム、真空取得と測定システム、ガス供給システム、冷却システム、および制御システムで構成されています。炉内の熱フィールドとプロセス条件は、炭化シリコン結晶の品質、サイズ、電気伝導率などの重要なパラメーターを決定します。

一方では、炭化シリコンの結晶成長中の温度は非常に高く、リアルタイムで監視することはできないため、主な課題はプロセス自体にあります。主な課題は次のとおりです。

（1）熱フィールド制御の難しさ：密閉された高温チャンバーでの監視は挑戦的で制御できません。自動化レベルが高く、観察可能で調整可能な成長プロセスを可能にする従来のシリコンベースのソリューションベースの直接プルクリスタル成長装置とは異なり、シリコン炭化物結晶は2,000°Cを超える密閉された高温環境で成長し、生産中に正確な温度制御が必要であり、温度制御が非常に困難になります。

（2）結晶構造制御の課題：成長プロセスは、微小管、多型包有物、脱臼などの欠陥があり、相互作用し、互いに進化します。

マイクロチューブ（MP）は、数マイクロメートルから数十マイクロメートルから数十マイクロメートルのサイズの範囲の型型欠陥であり、デバイスのキラー欠陥と見なされます。シリコン炭化物の単結晶には200以上の異なる結晶構造が含まれていますが、生産の半導体材料として適した結晶構造（4H型）のみがわずかです。成長中の結晶構造変換は、多型の不純物の欠陥につながる可能性があるため、シリコンと炭素比、成長温度勾配、結晶成長速度、およびガスの流れ/圧力パラメーターの正確な制御が必要です。

さらに、炭化シリコン単結晶成長中の熱場の温度勾配は、脱臼（基底平面脱臼BPD、ねじれ脱臼TSD、およびエッジ脱臼などの誘発性の欠陥をもたらし、その後の上軸層とデバイスの品質とパフォーマンスに影響します。

（3）ドーピング制御の難しさ：方向にドープされた導電性結晶を取得するには、外部不純物を厳密に制御する必要があります。

（4）成長率が遅い：炭化シリコンの結晶成長率は非常に遅いです。従来のシリコン材料はわずか3日間でクリスタルロッドを形成できますが、炭化物のシリコンクリスタルロッドには7日間が必要であり、生産効率が本質的に低下し、出力が著しく制限されています。

一方、パラメーター炭化シリコンエピタキシャルの成長機器のシーリング性能、反応室圧の安定性、ガスの導入時間の正確な制御、正確なガス比、堆積温度の厳密な管理など、非常に厳しいものです。特に、デバイスの電圧定格が増加すると、コアエピタキシャルウェーハパラメーターを制御することの難しさが大幅に増加します。さらに、エピタキシャル層の厚さが増加するにつれて、厚さを維持しながら欠陥密度を低下させながら均一な抵抗率を確保することがもう1つの大きな課題になります。

電気制御システムでは、すべてのパラメーターが正確かつ安定的に調節されるようにするために、センサーとアクチュエーターの高精度統合が必要です。コントロールアルゴリズムの最適化も重要です。フィードバックシグナルに基づいてリアルタイムで制御戦略を調整して、炭化シリコンエピタキシャル成長プロセス中にさまざまな変化に適応できる必要があります。

SIC基板製造における重要な課題：

供給側から、SICクリスタル成長炉、長い機器認証サイクル、スイッチングサプライヤーに関連する高コスト、安​​定性のリスクなどの要因により、国内のサプライヤーはまだ国際的な主流のSICメーカーに機器を供給していません。その中で、Wolfspeed、Coherent、ROHMなどの国際的な大手シリコン炭化物メーカーは、主に社内で開発および生産されたクリスタル成長機器を使用し、他の国際的な主流の炭素シリコンの基板メーカーは主にドイツPVA Teplaおよび日本のNissin Kikai Co.からクリスタル成長機器を購入します。