सेमीकन्डक्टर उद्योगमा SiC सब्सट्रेट र क्रिस्टल वृद्धिको महत्वपूर्ण भूमिका

सिलिकन कार्बाइड (SiC) उद्योग श्रृंखला भित्र, सब्सट्रेट आपूर्तिकर्ताहरूले मुख्य रूपमा मूल्य वितरणको कारणले महत्त्वपूर्ण लाभ उठाउँछन्।SiC सब्सट्रेटहरू कुल मूल्यको 47% हो, त्यसपछि एपिटेक्सियल तहहरू 23% छन्।, जबकि उपकरण डिजाइन र निर्माण बाँकी 30% गठन। यो उल्टो मूल्य श्रृंखला सब्सट्रेट र एपिटेक्सियल तह उत्पादनमा निहित उच्च प्राविधिक अवरोधहरूबाट उत्पन्न हुन्छ।

3 प्रमुख चुनौतीहरूले SiC सब्सट्रेट वृद्धिलाई प्रभावित गर्दछ:कडा वृद्धि अवस्थाहरू, ढिलो वृद्धि दरहरू, र क्रिस्टलोग्राफिक आवश्यकताहरूको माग गर्दै। यी जटिलताहरूले बढ्दो प्रशोधन कठिनाईमा योगदान पुर्‍याउँछ, अन्ततः कम उत्पादन उपज र उच्च लागतको परिणाम। यसबाहेक, एपिटेक्सियल तहको मोटाई र डोपिङ एकाग्रता अन्तिम उपकरण प्रदर्शनलाई प्रत्यक्ष रूपमा असर गर्ने महत्वपूर्ण मापदण्डहरू हुन्।

SiC सब्सट्रेट निर्माण प्रक्रिया:

कच्चा पदार्थ संश्लेषण:उच्च शुद्धता सिलिकन र कार्बन पाउडर सावधानीपूर्वक एक विशेष नुस्खा अनुसार मिश्रित छन्। यो मिश्रणले नियन्त्रित क्रिस्टल संरचना र कण आकारको साथ SiC कणहरू संश्लेषण गर्न उच्च-तापमान प्रतिक्रिया (2000°C माथि) पार गर्दछ। त्यसपछिको क्रसिङ, सिभिङ, र सफाई प्रक्रियाहरूले क्रिस्टल वृद्धिको लागि उपयुक्त उच्च-शुद्धता SiC पाउडर उत्पादन गर्छ।

क्रिस्टल वृद्धि:SiC सब्सट्रेट निर्माणमा सबैभन्दा महत्त्वपूर्ण चरणको रूपमा, क्रिस्टल वृद्धिले सब्सट्रेटको विद्युतीय गुणहरू निर्धारण गर्दछ। हाल, भौतिक भाप यातायात (PVT) विधि व्यावसायिक SiC क्रिस्टल वृद्धि हावी छ। वैकल्पिकहरूमा उच्च-तापमान रासायनिक वाष्प निक्षेप (HT-CVD) र लिक्विड फेज एपिटेक्सी (LPE) समावेश छ, यद्यपि तिनीहरूको व्यावसायिक अंगीकरण सीमित रहन्छ।

क्रिस्टल प्रशोधन:यस चरणमा सावधानीपूर्वक चरणहरूको श्रृंखला मार्फत SiC बाउल्सलाई पालिश गरिएको वेफरहरूमा रूपान्तरण गर्ने समावेश छ: इन्गट प्रशोधन, वेफर स्लाइसिङ, ग्राइन्डिङ, पालिस गर्ने र सफा गर्ने। प्रत्येक चरणले उच्च परिशुद्धता उपकरण र विशेषज्ञताको माग गर्दछ, अन्ततः अन्तिम SiC सब्सट्रेटको गुणस्तर र प्रदर्शन सुनिश्चित गर्दै।

1. SiC क्रिस्टल ग्रोथमा प्राविधिक चुनौतीहरू:

SiC क्रिस्टल वृद्धिले धेरै प्राविधिक अवरोधहरूको सामना गर्दछ:

उच्च वृद्धि तापमान:2300 डिग्री सेल्सियस भन्दा बढि, यी तापक्रमहरूले वृद्धि भट्टी भित्र तापक्रम र दबाब दुवैमा कडा नियन्त्रण आवश्यक हुन्छ।

Polytypism नियन्त्रण:SiC ले २५० भन्दा बढी पोलिटाइपहरू प्रदर्शन गर्दछ, जसमा 4H-SiC इलेक्ट्रोनिक अनुप्रयोगहरूको लागि सबैभन्दा वांछनीय छ। यो विशिष्ट पोलिटाइप प्राप्त गर्न सिलिकन-देखि-कार्बन अनुपात, तापमान ढाँचा, र वृद्धिको समयमा ग्यास प्रवाह गतिशीलतामा सटीक नियन्त्रणको माग गर्दछ।

सुस्त वृद्धि दर:PVT, व्यावसायिक रूपमा स्थापित हुँदा, लगभग 0.3-0.5mm/h को सुस्त वृद्धि दरबाट ग्रस्त छ। २ सेन्टिमिटरको क्रिस्टल बढ्न लगभग ७ दिन लाग्छ, अधिकतम प्राप्त गर्न सकिने क्रिस्टल लम्बाइ ३-५ सेन्टीमिटरमा सीमित हुन्छ। यो सिलिकन क्रिस्टल बृद्धिसँग एकदमै विपरित छ, जहाँ बाउल्स ७२ घण्टा भित्र २-३ मिटर उचाइमा पुग्छ, व्यास ६-८ इन्च र नयाँ सुविधाहरूमा १२ इन्चसम्म पुग्छ। यो विसंगतिले SiC इन्गट व्यासलाई सीमित गर्दछ, सामान्यतया 4 देखि 6 इन्च सम्म।

जबकि भौतिक भाप यातायात (PVT) ले व्यावसायिक SiC क्रिस्टल वृद्धिलाई हावी गर्दछ, वैकल्पिक विधिहरू जस्तै उच्च-तापमान रासायनिक वाष्प निक्षेप (HT-CVD) र तरल चरण एपिटेक्सी (LPE) ले फरक फाइदाहरू प्रदान गर्दछ। यद्यपि, तिनीहरूको सीमितताहरू पार गर्दै र वृद्धि दर र क्रिस्टल गुणस्तर बृद्धि गर्नु फराकिलो SiC उद्योग अपनाउनको लागि महत्त्वपूर्ण छ।

यहाँ यी क्रिस्टल वृद्धि प्रविधिहरूको तुलनात्मक सिंहावलोकन छ:

(१) भौतिक भाप यातायात (PVT):

सिद्धान्त: SiC क्रिस्टल बृद्धिको लागि "उच्चीकरण-ट्रान्सपोर्ट-रिक्रिस्टलाइजेशन" संयन्त्रको उपयोग गर्दछ।

प्रक्रिया: उच्च शुद्धता कार्बन र सिलिकन पाउडर सटीक अनुपातमा मिसाइन्छ। SiC पाउडर र बीउ क्रिस्टल क्रमशः विकास भट्टी भित्र क्रुसिबलको तल र शीर्षमा राखिएको छ। 2000 डिग्री सेल्सियस भन्दा बढि तापक्रमले तापमान ढाँचा सिर्जना गर्दछ, जसले SiC पाउडरलाई उच्च बनाउँछ र बीज क्रिस्टलमा पुन: क्रिस्टल बनाउँछ, बाउल बनाउँछ।

कमजोरीहरू: ढिलो वृद्धि दर (7 दिनमा लगभग 2 सेन्टिमिटर), परजीवी प्रतिक्रियाहरूको लागि संवेदनशीलताले बढेको क्रिस्टलमा उच्च दोष घनत्व निम्त्याउँछ।

(2) उच्च-तापमान रासायनिक वाष्प निक्षेप (HT-CVD):

सिद्धान्त: 2000-2500 डिग्री सेल्सियस बीचको तापक्रममा, उच्च-शुद्धता पूर्ववर्ती ग्यासहरू जस्तै सिलेन, इथेन वा प्रोपेन, र हाइड्रोजन प्रतिक्रिया कक्षमा प्रस्तुत गरिन्छ। यी ग्यासहरू उच्च-तापमान क्षेत्रमा सड्छन्, ग्यासयुक्त SiC पूर्ववर्तीहरू बनाउँछन् जुन पछि जम्मा हुन्छ र तल्लो तापक्रम क्षेत्रमा बीज क्रिस्टलमा क्रिस्टलाइज हुन्छ।

फाइदाहरू: निरन्तर क्रिस्टल वृद्धि सक्षम बनाउँछ, उच्च शुद्धता ग्यासियस पूर्ववर्तीहरू प्रयोग गर्दछ जसको परिणामस्वरूप उच्च शुद्धता SiC क्रिस्टलहरू कम दोषहरू छन्।

कमजोरीहरू: ढिलो वृद्धि दर (लगभग 0.4-0.5mm/h), उच्च उपकरण र परिचालन लागत, ग्यास इनलेटहरू र आउटलेटहरू बन्द हुने संवेदनशीलता।

(३) लिक्विड फेज एपिटेक्सी (LPE):

(तपाईँको अंशमा समावेश नगर्दा, म पूर्णताको लागि LPE को संक्षिप्त विवरण थप्दैछु।)

सिद्धान्त: "विघटन-वर्षा" संयन्त्र प्रयोग गर्दछ। 1400-1800 डिग्री सेल्सियस सम्मको तापक्रममा, कार्बन उच्च-शुद्धता सिलिकन पग्लिन्छ। SiC क्रिस्टलहरू चिसो हुँदा सुपरस्याचुरेटेड समाधानबाट बाहिर निस्कन्छ।

फाइदाहरू: कम वृद्धि तापमानले चिसोको समयमा थर्मल तनाव कम गर्दछ, परिणामस्वरूप कम दोष घनत्व र उच्च क्रिस्टल गुणस्तर। PVT को तुलनामा उल्लेखनीय रूपमा छिटो वृद्धि दरहरू प्रदान गर्दछ।

कमजोरीहरू: क्रुसिबलबाट धातु प्रदूषणको सम्भावना, प्राप्त गर्न सकिने क्रिस्टल आकारहरूमा सीमित, मुख्य रूपमा प्रयोगशाला-स्केल वृद्धिमा सीमित।

प्रत्येक विधिले अद्वितीय फाइदा र सीमितताहरू प्रस्तुत गर्दछ। इष्टतम वृद्धि प्रविधिको चयन विशेष अनुप्रयोग आवश्यकताहरू, लागत विचारहरू, र इच्छित क्रिस्टल विशेषताहरूमा निर्भर गर्दछ।

2. SiC क्रिस्टल प्रशोधन चुनौती र समाधान:

वेफर स्लाइसिङ:SiC को कठोरता, भंगुरता र घर्षण प्रतिरोधले स्लाइसिङलाई चुनौतीपूर्ण बनाउँछ। परम्परागत हीरा तार काट्ने समय खपत, बर्बादी, र महँगो छ। समाधानहरूमा स्लाइसिङ दक्षता र वेफर उत्पादन सुधार गर्न लेजर डाइसिङ र चिसो विभाजन प्रविधिहरू समावेश छन्।

वेफर पातलो:SiC को कम फ्र्याक्चर कठोरताले यसलाई पातलो हुने क्रममा क्र्याक गर्ने खतरा बनाउँछ, समान मोटाई घटाउन बाधा पुर्‍याउँछ। हालको प्रविधिहरू घुमाउरो ग्राइन्डिङमा भर पर्छन्, जसले पाङ्ग्राको पहिरन र सतहको क्षतिबाट ग्रस्त हुन्छ। अल्ट्रासोनिक कम्पन-सहायता ग्राइन्डिङ र इलेक्ट्रोकेमिकल मेकानिकल पालिशिङ जस्ता उन्नत विधिहरू सामग्री हटाउने दरहरू बढाउन र सतहका दोषहरू कम गर्न अन्वेषण गरिँदै छन्।

3. भविष्यको दृष्टिकोण:

SiC क्रिस्टल बृद्धि र वेफर प्रशोधनलाई अनुकूलन गर्नु व्यापक SiC अपनाउनको लागि महत्त्वपूर्ण छ। भविष्यको अनुसन्धानले यस आशाजनक अर्धचालक सामग्रीको पूर्ण क्षमतालाई अनलक गर्नको लागि वृद्धि दर बढाउन, क्रिस्टल गुणस्तर सुधार गर्न र वेफर प्रशोधन दक्षता बढाउनमा केन्द्रित हुनेछ।**