PVT цахиурын карбидын талстын өсөлт: Өндөр гарцтай SiC талстын үйлдвэрлэлийн дэвшилтэт дулааны талбайн материалууд

Дэлхийн цахилгаан хагас дамжуулагчийн үйлдвэрлэл нь цахилгаан тээврийн хэрэгсэл, сэргээгдэх эрчим хүчний систем, өндөр хүчдэлийн үйлдвэрлэлийн салбарт цахиурын карбид (SiC) төхөөрөмжийг нэвтрүүлэх ажлыг хурдасгаж байгаа тул том диаметртэй, бага согогтой SiC суурь материалын эрэлт хэрэгцээ өссөөр байна. PVT цахиурын карбидын талст ургуулах технологи нь энэхүү үйлдвэрлэлийн хувьсгалын гол цөм бөгөөд дараагийн үеийн цахилгаан электрон төхөөрөмжүүдэд зориулсан өндөр чанартай 4H-SiC дан талст үйлдвэрлэх гол арга техник юм.

Орчин үеийн PVT цахиурын карбидын талст өсөлтийн системд тулгарч буй гол бэрхшээлүүд

Хэдэн арван жилийн турш хөгжсөн ч PVT цахиурын карбидын талстын өсөлт нь хагас дамжуулагч үйлдвэрлэлийн хамгийн хэцүү үйл явцын нэг хэвээр байна. Талстын өсөлт нь 2000°C-аас дээш температуртай битүүмжилсэн, өндөр температуртай орчинд явагддаг бөгөөд цахиурын карбидын эх үүсвэр материалууд нь нарийн хяналттай температурын градиентийн дор үрийн талстууд руу дахин конденсацлагдаж байдаг. Ийм онцгой нөхцөлд температурын тархалт, уурын тээвэрлэлтийн кинетик эсвэл материалын цэвэршилтийн бага зэргийн хэлбэлзэл нь талстын морфологи, полиморф тогтвортой байдал, согог үүсэхэд мэдэгдэхүйц нөлөөлж болно.

PVT SiC талстын өсөлтийн хамгийн том бэрхшээлүүдийн нэг бол дулааны талбайн урт хугацааны тогтвортой байдал юм. Уламжлалт бал чулуун бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь Si, Si₂C, SiC₂ зэрэг өндөр урвалд ордог цахиур агуулсан ууруудад тасралтгүй өртдөг. Удаан хугацааны ашиглалтын явцад эдгээр уурууд нь бал чулуун гадаргуутай харилцан үйлчилж, аажмаар материалын элэгдэл, хэмжээст өөрчлөлт, төлөвлөсөн температурын тархалтыг гажуудуулдаг. Дулааны бүсийн геометр өөрчлөгдөхийн хэрээр өсөлтийн интерфэйс дээрх хэт ханасан нөхцлийг хянах нь улам бүр хэцүү болж, энэ нь ихэвчлэн тогтворгүй талстын өсөлт, өсөлтийн хурд буурах, согогийн нягтрал нэмэгдэхэд хүргэдэг.

Материалын цэвэр байдал нь мөн гол хязгаарлах хүчин зүйл юм. Уламжлалт дулааны талбайн материалд агуулагдах азот, бор, хөнгөн цагаан, титан болон бусад металл хольцын ул мөр нь өндөр температурт ажиллах үед уурын үе шатанд тархдаг. Эдгээр хольцууд нь өсөн нэмэгдэж буй болор руу орсны дараа 4H-SiC тор доторх тээвэрлэгчийн концентраци, эсэргүүцэл болон нөхөн олговрын зан төлөвийг өөрчилдөг. Хамгийн чухал нь хольцоос үүдэлтэй цөм үүсэх үйл явдлууд нь микро хоолой, суурь хавтгайн мултрал (BPD), шураг хэлбэрийн мултрал (TSD) болон бусад бүтцийн согог үүсэхийг хурдасгадаг бөгөөд энэ нь ваферийн гарц болон дараагийн төхөөрөмжүүдийн найдвартай байдалд шууд нөлөөлдөг.

Цахиурын карбид (SiC) үйлдвэрлэгчид 6 инчийн вафлийн үйлдвэрлэлээс 8 инчийн вафлийн үйлдвэрлэл рүү шилжих тусам дулааны талбайн тогтвортой байдлын шаардлага мэдэгдэхүйц нэмэгдсэн. Том диаметртэй талстууд нь урт хугацааны өсөлтийн мөчлөг, илүү хатуу радиаль температурын жигд байдал, дулааны стрессийг илүү сайн хянах шаардлагатай байдаг. Уламжлалт бал чулуун дээр суурилсан дулааны талбайн системүүд нь том диаметртэй талст өсөлтөд шаардлагатай тогтвортой байдлыг хадгалахад бэрхшээлтэй тулгардаг бөгөөд энэ нь үйл ажиллагааны зардал өндөр, үйлдвэрлэлийн үр ашиг буурахад хүргэдэг.

PVT цахиурын карбидын талстын өсөлтөд зориулсан дэвшилтэт дулааны талбайн материалууд

1. Хэт өндөр температурын тогтвортой байдалд зориулсан CVD TaC бүрхүүлүүд

Эдгээр бэрхшээлийг шийдвэрлэхийн тулд дэвшилтэт дулааны талбайн инженерчлэл нь орчин үеийн PVT цахиурын карбидын талстын өсөлтийн гол хөдөлгөгч хүч болсон. Энэ чиглэлээрх хамгийн үр дүнтэй дэвшлүүдийн нэг бол химийн уурын тунадасжуулалт (CVD) тантал карбид (TaC) бүрхүүлийг нэвтрүүлэх явдал юм. Бараг 3880°C хайлах цэгтэй, цахиураар баялаг уурын орчинд маш сайн тэсвэртэй тул TaC нь урвалд ордог хий ба бал чулуун суурь хооронд үр дүнтэй диффузийн хаалт болдог. TaC бүрхүүл нь бал чулууны хэрэглээг зогсоож, урт хугацааны өсөлтийн үед геометрийн тогтвортой байдлыг хадгалж, улмаар дулааны талбайн тэгш хэмийг хадгалахад тусалдаг бөгөөд талстын өсөлтийн кинетикийг илүү тогтвортой байлгахад тусалдаг.

2. Согогийг бууруулах өндөр цэвэршилттэй 7N цахиурын карбидын түүхий эд

Өөр нэг гол дэвшил бол химийн ууршуулах аргаар (CVD) бэлтгэсэн хэт өндөр цэвэршилттэй SiC эх үүсвэрийн материалыг ашиглах явдал юм. Уламжлалт Ачесоны аргаар боловсруулсан түүхий эдтэй харьцуулахад CVD-ээр бэлтгэсэн SiC нунтаг нь азот болон металлын хольцын түвшинг мэдэгдэхүйц бага агуулдаг. 7N (99.99999%) хүртэлх цэвэршилттэй энэхүү материал нь сублимацийн үед уурын найрлагыг илүү нарийвчлалтай хянах боломжийг олгодог бөгөөд хольцын нэгдэх магадлалыг бууруулж, талстын чанар болон цахилгаан гүйцэтгэлийг сайжруулдаг. Энэхүү өндөр цэвэршилттэй түүхий эдийг өндөр хүчдэлийн болон автомашины зэрэглэлийн SiC төхөөрөмжүүдэд ашигладаг бага согогтой суурь үйлдвэрлэх үндсэн шаардлага болгон улам бүр хүлээн зөвшөөрч байна.

3. Инженерийн аргаар боловсруулсан микро нүх сүвтэй графит бүтэц

Дулааны талбайн оновчлолыг тигелийн орчинд дулаан болон хийн дамжуулалтыг зохицуулах зориулалттай сайтар боловсруулсан бичил нүх сүвтэй бал чулуун бүтэц улам сайжруулдаг. Сүвэрхэг чанарын тархалт болон дулаан дамжуулалтыг нарийн хянаснаар эдгээр бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь илүү жигд температурын градиентийг бий болгож, конвекцийн гажуудлыг бууруулахад тусалдаг. Үүний үр дүнд том диаметртэй цахиурын карбидын гулдмайнууд нь илүү тогтвортой өсөлтийн интерфэйстэй, дулааны стрессийн хуримтлал багатай, бүтцийн бүрэн бүтэн байдал сайжирсан байдаг.

4. Пиролит нүүрстөрөгч (PYC) хамгаалалтын давхарга

Эдгээр технологийг нөхөж, өтгөн пиролитик нүүрстөрөгч (PYC) бүрээс нь бөөмс үүсэх болон хийн шингээлтийг цаашид зогсоодог. Түүний өндөр дараалсан нүүрстөрөгчийн бүтэц нь нүх сүвгүй гадаргууг бүрдүүлж, өсөлтийн камер доторх бохирдлын эх үүсвэрийг багасгаж, давтан дулааны мөчлөгийн үед бүрэлдэхүүн хэсгийн бат бөх чанарыг нэмэгдүүлдэг. Энэ нь согог үүсэх түвшинг бууруулж, процессын давтагдах чадварыг сайжруулахад шууд хувь нэмэр оруулдаг.

Цахиурын карбидын талстын өсөлтийн гүйцэтгэлийн тоон үзүүлэлтээр сайжруулсан үзүүлэлтүүд

Эдгээр дэвшилтэт материалын технологийн хосолсон нөлөө нь үйлдвэрлэлийн гол үзүүлэлтүүдэд мэдэгдэхүйц сайжруулалт хийхэд хүргэсэн. Оновчтой дулааны талбайн систем нь талстын өсөлтийн хурдыг 15-20% -иар нэмэгдүүлж, вафийн гарцын тогтвортой байдлыг 90-ээс дээш түвшинд байлгаж, засвар үйлчилгээний хугацааг 3-6 сар хүртэл сунгаж, ашиглалтын зардлыг бараг 40% -иар бууруулдаг нь батлагдсан. Хамгийн чухал нь эдгээр сайжруулалтууд нь согогийн нягтралыг 0.05 согог/см²-ээс доош байлгах боломжийг олгож, улмаар автомашин болон үйлдвэрлэлийн эрчим хүчний хагас дамжуулагчийн хэрэглээнд тохиромжтой өндөр хүчин чадалтай субстрат үйлдвэрлэх боломжийг олгодог.

Цахиурын карбидын төхөөрөмжүүдийн дэлхийн эрэлт хэрэгцээ өсөн нэмэгдэж байгаа тул SiC суурь үйлдвэрлэгчдийн өрсөлдөх давуу тал нь талстын чанарыг хянах, реакторын ашиглалтыг дээд зэргээр нэмэгдүүлэх, үйлдвэрлэлийн хувьсах чанарыг бууруулах чадвараас улам бүр хамааралтай болж байна. Энэ нөхцөлд TaC-ээр бүрсэн бал чулуун эд анги, хэт өндөр цэвэршилттэй SiC түүхий эд, инженерчлэлийн бал чулуун бүтэц, пиролитик нүүрстөрөгчийн хамгаалалтын давхарга зэрэг дэвшилтэт дулааны талбайн материалууд нь дараагийн үеийн PVT цахиурын карбидын талстуудын өсөлтийн гол технологи болсон.

Ирээдүйд дулааны талбайн инженерчлэлийн салбарт тасралтгүй инноваци хийх нь илүү том хэмжээтэй вафли, өндөр үйлдвэрлэлийн хүчин чадал, бага согогийн нягтралд хүрэхэд шийдвэрлэх үүрэг гүйцэтгэнэ. Өргөтгөх боломжтой, зардал багатай SiC вафли үйлдвэрлэх үүрэг хүлээсэн үйлдвэрлэгчдийн хувьд дулааны талбайг оновчтой болгох нь хоёрдогч асуудал биш, харин хурдацтай хөгжиж буй өргөн зурвасын завсрын хагас дамжуулагч зах зээлд урт хугацааны өрсөлдөх чадварыг хадгалах стратегийн шаардлага болсон.

PVT цахиурын карбидын талстын өсөлтийн талаарх түгээмэл асуултууд

1. PVT цахиурын карбидын талст ургалт гэж юу вэ, яагаад SiC суурь үйлдвэрлэхэд энэ нь илүүд үздэг арга вэ?

Физик уурын тээвэрлэлт (PVT) нь одоогоор өндөр чанартай цахиурын карбидын суурь үйлдвэрлэхэд хамгийн өргөн хэрэглэгддэг бөөнөөр нь талстын өсөлтийн технологи юм. Энэ процесст өндөр цэвэршилттэй SiC эх материалыг ихэвчлэн 2000°C-аас дээш температурт сублимацид оруулж, үрийн талст руу дахин конденсацлахаас өмнө хяналттай уурын үе шатаар дамжуулдаг.

Кристалл ургалтын өөр аргуудтай харьцуулахад PVT нь хүлээн зөвшөөрөгдөх талстын чанар болон үйлдвэрлэлийн эдийн засгийг хадгалахын зэрэгцээ том диаметртэй 4H-SiC талст үйлдвэрлэхэд илүү сайн өргөтгөх боломжийг олгодог. Аж үйлдвэр 200 мм (8 инч) вафли руу шилжихийн хэрээр өндөр ургацтай аж үйлдвэрийн үйлдвэрлэлд хүрэхийн тулд PVT дулааны талбайн дизайн, уурын тээвэрлэлтийн хяналт, материалын цэвэр байдлыг тасралтгүй сайжруулах нь чухал хэвээр байна.

2. 6 инчийн SiC вафли үйлдвэрлэлээс 8 инчийн үйлдвэрлэл рүү шилжихэд ямар бэрхшээлүүд үүсдэг вэ?

150 мм (6 инч)-ээс 200 мм (8 инч) SiC вафли руу шилжих нь өргөн зурвасын завсрын хагас дамжуулагчийн салбарын хамгийн чухал хөгжлүүдийн нэг юм. Гэсэн хэдий ч том диаметртэй талстууд нь техникийн томоохон бэрхшээлүүдийг бий болгодог.

Кристалын дулааны масс мэдэгдэхүйц нэмэгдэж, урт хугацааны өсөлт, радиаль температурын градиентийг илүү хатуу хянах шаардлагатай болдог. Жижиг талстуудад хүлээн зөвшөөрөгдөх жижиг дулааны тэгш бус байдал нь том булуудад стресс, хагарал, согогийн тархалтын гол эх үүсвэр болж чаддаг.

Үүний үр дүнд, 8 инчийн SiC үйлдвэрлэл нь урт хугацааны өсөлтийн мөчлөгийн туршид үйл явцын тогтвортой байдлыг хадгалахын тулд илүү боловсронгуй дулааны талбайн материал, сайжруулсан дулаалгын бүтэц, дэвшилтэт бүрхүүл, өндөр оновчлогдсон зуухны загварыг шаарддаг.

3. TaC бүрхүүл нь PVT цахиурын карбидын талстын өсөлтийн гүйцэтгэлийг хэрхэн сайжруулдаг вэ?

Тантал карбид (TaC) нь PVT ургалтын орчинд ашиглах боломжтой хамгийн химийн хувьд тогтвортой хэт өндөр температурт керамик материалын нэг юм. Хайлах цэг нь 3880°C-д ойртох тул TaC бүрхүүл нь SiC сублимацийн үед үүссэн цахиураар баялаг уурын төрөл зүйлийн эсрэг маш сайн эсэргүүцэл үзүүлдэг.

Химийн уурын тунадасжилт (ХУТТ)-аар дамжуулан бал чулууны бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд хэрэглэхэд TaC нь химийн элэгдлийг саатуулж, бөөмсийн үүсэлтийг багасгаж, дулааны талбайн бүтцийн анхны геометрийг хадгалдаг диффузийн хаалт болж ажилладаг.

Урт өсөлтийн мөчлөгийн туршид хэмжээст тогтвортой байдлыг хадгалах нь уурын тээвэрлэлтийн нөхцөл болон дулааны градиентийг тогтворжуулахад тусалдаг бөгөөд энэ нь талстын өсөлтийн тогтвортой байдлыг сайжруулж, согог үүсэх түвшинг бууруулахад шууд хувь нэмэр оруулдаг.