SICクリスタル成長炉の技術的な困難は何ですか

結晶成長炉は、炭化シリコン結晶の成長のためのコア装置です。これは、従来の結晶性シリコングレードの結晶成長炉に似ています。炉構造はそれほど複雑ではありません。主に炉の身体、暖房システム、コイル伝達メカニズム、真空取得と測定システム、ガスパスシステム、冷却システム、制御システムなどで構成されています。サーマルフィールドとプロセス条件は、SIC結晶の品質、サイズ、導電率などの重要な指標を決定します。

一方では、炭化シリコン結晶の成長中の温度は非常に高く、監視できないため、主な困難はプロセス自体にあります。主な難しさは次のとおりです。

（1）熱フィールド制御の難しさ：閉じた高温チャンバーの監視は困難で制御不能です。高度な自動化を備えた従来のシリコンベースのソリューションベースのダイレクトプルクリスタル成長装置とは異なり、クリスタル成長プロセスを観察、制御、調整することができます。

（2）結晶型制御の難しさ：マイクロピペ、多型包含、脱臼などの欠陥は、成長プロセス中に発生しやすく、互いに影響を与え、進化します。マイクロピペ（MP）は、数ミクロンから数十ミクロン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です。シリコン炭化物の単結晶には200以上の異なる結晶形が含まれていますが、生産に必要な半導体材料はわずかな結晶構造（4H型）のみです。結晶形態の変換は成長中に発生する傾向があり、その結果、多型包含欠陥が生じます。したがって、シリコン炭素比、成長温度勾配、結晶成長速度、気流などのパラメーターを正確に制御する必要があります。さらに、炭化シリコン単結晶成長の熱場に温度勾配があり、それが在来の内部ストレスと結果として生じる脱臼（基底平面転位BPD、ねじ脱臼TSD、エッジ脱臼テッド）につながり、それによって後続のエピタキシーの品質とパフォーマンスに影響を与えます。

（3）ドーピング制御の難しさ：方向にドープされた構造を持つ導電性結晶を得るために、外部不純物の導入を厳密に制御する必要があります。

（4）成長率の低下：炭化シリコンの成長率は非常に遅いです。従来のシリコン材料は、クリスタルロッドに成長するのに3日しか必要ありませんが、炭化シリコンクリスタルロッドには7日間必要です。これにより、炭化シリコンの生産効率が自然に低下し、生産量が非常に限られています。

一方、炭化シリコンのエピタキシャル成長に必要なパラメーターは、機器の気密性、反応チャンバーのガス圧力の安定性、ガス導入時間の正確な制御、ガス比の精度、堆積温度の厳密な管理など、非常に高くなります。特に、デバイスの電圧定格の改善により、エピタキシャルウェーハのコアパラメーターを制御することの難しさは大幅に増加しています。さらに、エピタキシャル層の厚さが増加するにつれて、抵抗率の均一性を制御し、欠陥密度を低下させながら、厚さを確保する方法が別の大きな課題になります。電化制御システムでは、高精度センサーとアクチュエーターを統合して、さまざまなパラメーターを正確かつ安定的に制御できるようにする必要があります。同時に、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従って制御戦略をリアルタイムで調整して、炭化シリコンのエピタキシャル成長プロセスのさまざまな変化に適応できる必要があります。

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