సెమీకండక్టర్ పరిశ్రమలో SiC సబ్‌స్ట్రేట్స్ మరియు క్రిస్టల్ గ్రోత్ యొక్క కీలక పాత్ర

సిలికాన్ కార్బైడ్ (SiC) పరిశ్రమ గొలుసులో, సబ్‌స్ట్రేట్ సరఫరాదారులు గణనీయమైన పరపతిని కలిగి ఉన్నారు, ప్రధానంగా విలువ పంపిణీ కారణంగా.SiC సబ్‌స్ట్రెట్‌లు మొత్తం విలువలో 47%, ఎపిటాక్సియల్ లేయర్‌లు 23% ఉంటాయి, పరికరం రూపకల్పన మరియు తయారీ మిగిలిన 30%ని కలిగి ఉంది. ఈ విలోమ విలువ గొలుసు సబ్‌స్ట్రేట్ మరియు ఎపిటాక్సియల్ లేయర్ ఉత్పత్తికి అంతర్లీనంగా ఉన్న అధిక సాంకేతిక అడ్డంకుల నుండి వచ్చింది.

3 ప్రధాన సవాళ్లు SiC ఉపరితల పెరుగుదలను ప్రభావితం చేస్తాయి:కఠినమైన వృద్ధి పరిస్థితులు, నెమ్మదిగా వృద్ధి రేట్లు మరియు డిమాండ్ స్ఫటికాకార అవసరాలు. ఈ సంక్లిష్టతలు ప్రాసెసింగ్ కష్టాన్ని పెంచడానికి దోహదపడతాయి, చివరికి తక్కువ ఉత్పత్తి దిగుబడి మరియు అధిక ఖర్చులకు దారితీస్తాయి. ఇంకా, ఎపిటాక్సియల్ లేయర్ యొక్క మందం మరియు డోపింగ్ ఏకాగ్రత తుది పరికరం పనితీరును నేరుగా ప్రభావితం చేసే కీలకమైన పారామితులు.

SiC సబ్‌స్ట్రేట్ తయారీ ప్రక్రియ:

ముడి పదార్థం సంశ్లేషణ:అధిక స్వచ్ఛత కలిగిన సిలికాన్ మరియు కార్బన్ పౌడర్‌లు నిర్దిష్ట రెసిపీ ప్రకారం ఖచ్చితంగా కలుపుతారు. నియంత్రిత క్రిస్టల్ నిర్మాణం మరియు కణ పరిమాణంతో SiC కణాలను సంశ్లేషణ చేయడానికి ఈ మిశ్రమం అధిక-ఉష్ణోగ్రత ప్రతిచర్యకు (2000 ° C కంటే ఎక్కువ) లోనవుతుంది. తదుపరి అణిచివేయడం, జల్లెడ పట్టడం మరియు శుభ్రపరిచే ప్రక్రియలు క్రిస్టల్ పెరుగుదలకు అనువైన అధిక-స్వచ్ఛత SiC పొడిని అందిస్తాయి.

క్రిస్టల్ గ్రోత్:SiC సబ్‌స్ట్రేట్ తయారీలో అత్యంత క్లిష్టమైన దశగా, క్రిస్టల్ పెరుగుదల సబ్‌స్ట్రేట్ యొక్క విద్యుత్ లక్షణాలను నిర్దేశిస్తుంది. ప్రస్తుతం, భౌతిక ఆవిరి రవాణా (PVT) పద్ధతి వాణిజ్య SiC క్రిస్టల్ వృద్ధిపై ఆధిపత్యం చెలాయిస్తోంది. ప్రత్యామ్నాయాలలో అధిక-ఉష్ణోగ్రత రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ (HT-CVD) మరియు లిక్విడ్ ఫేజ్ ఎపిటాక్సీ (LPE) ఉన్నాయి, అయినప్పటికీ వాటి వాణిజ్య స్వీకరణ పరిమితంగా ఉంటుంది.

క్రిస్టల్ ప్రాసెసింగ్:ఈ దశలో SiC బౌల్స్‌ను మెటిక్యూలస్ స్టెప్స్‌తో పాలిష్ చేసిన పొరలుగా మార్చడం జరుగుతుంది: కడ్డీ ప్రాసెసింగ్, వేఫర్ స్లైసింగ్, గ్రైండింగ్, పాలిషింగ్ మరియు క్లీనింగ్. ప్రతి దశకు అధిక ఖచ్చితత్వ పరికరాలు మరియు నైపుణ్యం అవసరం, అంతిమంగా తుది SiC సబ్‌స్ట్రేట్ యొక్క నాణ్యత మరియు పనితీరును నిర్ధారిస్తుంది.

1. SiC క్రిస్టల్ గ్రోత్‌లో సాంకేతిక సవాళ్లు:

SiC క్రిస్టల్ పెరుగుదల అనేక సాంకేతిక అడ్డంకులను ఎదుర్కొంటుంది:

అధిక వృద్ధి ఉష్ణోగ్రతలు:2300°C మించి, ఈ ఉష్ణోగ్రతలు గ్రోత్ ఫర్నేస్‌లో ఉష్ణోగ్రత మరియు పీడనం రెండింటిపై కఠినమైన నియంత్రణ అవసరం.

పాలీటైపిజం నియంత్రణ:SiC 250కి పైగా పాలీటైప్‌లను ప్రదర్శిస్తుంది, ఎలక్ట్రానిక్ అప్లికేషన్‌లకు 4H-SiC అత్యంత కావాల్సినది. ఈ నిర్దిష్ట పాలీటైప్‌ను సాధించడానికి సిలికాన్-టు-కార్బన్ నిష్పత్తి, ఉష్ణోగ్రత ప్రవణతలు మరియు వృద్ధి సమయంలో గ్యాస్ ఫ్లో డైనమిక్‌లపై ఖచ్చితమైన నియంత్రణ అవసరం.

స్లో గ్రోత్ రేట్:PVT, వాణిజ్యపరంగా స్థాపించబడినప్పటికీ, సుమారుగా 0.3-0.5mm/h నెమ్మదిగా వృద్ధి రేటుతో బాధపడుతోంది. 2 సెంటీమీటర్ల స్ఫటికం పెరగడానికి దాదాపు 7 రోజులు పడుతుంది, గరిష్టంగా సాధించగల స్ఫటిక పొడవు 3-5 సెంటీమీటర్లకు పరిమితం చేయబడింది. ఇది సిలికాన్ క్రిస్టల్ పెరుగుదలతో పూర్తిగా విభేదిస్తుంది, ఇక్కడ బౌల్స్ 72 గంటలలోపు 2-3మీ ఎత్తుకు చేరుకుంటాయి, వ్యాసం 6-8 అంగుళాలు మరియు కొత్త సౌకర్యాలలో 12 అంగుళాలు కూడా చేరుకుంటుంది. ఈ వ్యత్యాసం SiC కడ్డీ వ్యాసాలను పరిమితం చేస్తుంది, సాధారణంగా 4 నుండి 6 అంగుళాల వరకు ఉంటుంది.

భౌతిక ఆవిరి రవాణా (PVT) వాణిజ్య SiC క్రిస్టల్ వృద్ధిపై ఆధిపత్యం చెలాయిస్తుంది, అధిక-ఉష్ణోగ్రత రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ (HT-CVD) మరియు లిక్విడ్ ఫేజ్ ఎపిటాక్సీ (LPE) వంటి ప్రత్యామ్నాయ పద్ధతులు ప్రత్యేక ప్రయోజనాలను అందిస్తాయి. అయినప్పటికీ, వారి పరిమితులను అధిగమించడం మరియు వృద్ధి రేట్లు మరియు క్రిస్టల్ నాణ్యతను మెరుగుపరచడం విస్తృత SiC పరిశ్రమ స్వీకరణకు కీలకం.

ఈ క్రిస్టల్ గ్రోత్ టెక్నిక్‌ల తులనాత్మక అవలోకనం ఇక్కడ ఉంది:

(1) భౌతిక ఆవిరి రవాణా (PVT):

సూత్రం: SiC క్రిస్టల్ పెరుగుదల కోసం "సబ్లిమేషన్-ట్రాన్స్‌పోర్ట్-రీక్రిస్టలైజేషన్" మెకానిజంను ఉపయోగిస్తుంది.

ప్రక్రియ: అధిక స్వచ్ఛత కార్బన్ మరియు సిలికాన్ పౌడర్లు ఖచ్చితమైన నిష్పత్తులలో మిళితం చేయబడతాయి. SiC పౌడర్ మరియు ఒక సీడ్ క్రిస్టల్ వరుసగా గ్రోత్ ఫర్నేస్‌లో క్రూసిబుల్ దిగువన మరియు పైభాగంలో ఉంచబడతాయి. 2000°C కంటే ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రతలు ఉష్ణోగ్రత ప్రవణతను సృష్టిస్తాయి, దీని వలన SiC పౌడర్ ఉత్కృష్టమై విత్తన స్ఫటికంపైకి రీక్రిస్టలైజ్ చేయబడి, బౌల్‌ను ఏర్పరుస్తుంది.

ప్రతికూలతలు: నెమ్మది పెరుగుదల రేట్లు (సుమారు 7 రోజులలో 2 సెం.మీ), పెరిగిన క్రిస్టల్‌లో అధిక లోప సాంద్రతలకు దారితీసే పరాన్నజీవి ప్రతిచర్యలకు అవకాశం.

(2) అధిక-ఉష్ణోగ్రత రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ (HT-CVD):

సూత్రం: 2000-2500°C మధ్య ఉష్ణోగ్రతల వద్ద, సిలేన్, ఈథేన్ లేదా ప్రొపేన్ మరియు హైడ్రోజన్ వంటి అధిక స్వచ్ఛత పూర్వగామి వాయువులు ప్రతిచర్య గదిలోకి ప్రవేశపెడతారు. ఈ వాయువులు అధిక-ఉష్ణోగ్రత జోన్‌లో కుళ్ళిపోతాయి, వాయు SiC పూర్వగాములను ఏర్పరుస్తాయి, ఇవి తరువాత తక్కువ ఉష్ణోగ్రత జోన్‌లోని విత్తన స్ఫటికంపై జమ చేసి స్ఫటికీకరిస్తాయి.

ప్రయోజనాలు: నిరంతర స్ఫటిక పెరుగుదలను ప్రారంభిస్తుంది, అధిక స్వచ్ఛత గల వాయు పూర్వగాములను ఉపయోగించుకుంటుంది, ఫలితంగా తక్కువ లోపాలతో అధిక స్వచ్ఛత SiC స్ఫటికాలు ఏర్పడతాయి.

లోపాలు: నెమ్మది వృద్ధి రేట్లు (సుమారు 0.4-0.5mm/h), అధిక పరికరాలు మరియు కార్యాచరణ ఖర్చులు, గ్యాస్ ఇన్‌లెట్‌లు మరియు అవుట్‌లెట్‌ల అడ్డుపడే అవకాశం.

(3) లిక్విడ్ ఫేజ్ ఎపిటాక్సీ (LPE):

(మీ సారాంశంలో చేర్చబడనప్పటికీ, సంపూర్ణత కోసం నేను LPE యొక్క సంక్షిప్త అవలోకనాన్ని జోడిస్తున్నాను.)

సూత్రం: "రక్తీకరణ-అవక్షేపణ" యంత్రాంగాన్ని ఉపయోగిస్తుంది. 1400-1800 ° C వరకు ఉష్ణోగ్రతల వద్ద, కార్బన్ అధిక స్వచ్ఛత సిలికాన్ మెల్ట్‌లో కరిగిపోతుంది. SiC స్ఫటికాలు అది చల్లబడినప్పుడు సూపర్‌సాచురేటెడ్ ద్రావణం నుండి అవక్షేపించబడతాయి.

ప్రయోజనాలు: తక్కువ పెరుగుదల ఉష్ణోగ్రతలు శీతలీకరణ సమయంలో ఉష్ణ ఒత్తిడిని తగ్గిస్తాయి, ఫలితంగా తక్కువ లోప సాంద్రత మరియు అధిక క్రిస్టల్ నాణ్యత. PVTతో పోలిస్తే గణనీయంగా వేగవంతమైన వృద్ధి రేటును అందిస్తుంది.

లోపాలు: క్రూసిబుల్ నుండి లోహ కాలుష్యానికి గురయ్యే అవకాశం ఉంది, సాధించగల క్రిస్టల్ పరిమాణాలలో పరిమితం చేయబడింది, ప్రాథమికంగా ప్రయోగశాల స్థాయి పెరుగుదలకు పరిమితం చేయబడింది.

ప్రతి పద్ధతి ప్రత్యేక ప్రయోజనాలు మరియు పరిమితులను అందిస్తుంది. సరైన గ్రోత్ టెక్నిక్‌ని ఎంచుకోవడం అనేది నిర్దిష్ట అప్లికేషన్ అవసరాలు, ఖర్చు పరిగణనలు మరియు కావలసిన క్రిస్టల్ లక్షణాలపై ఆధారపడి ఉంటుంది.

2. SiC క్రిస్టల్ ప్రాసెసింగ్ సవాళ్లు మరియు పరిష్కారాలు:

వేఫర్ స్లైసింగ్:SiC యొక్క కాఠిన్యం, పెళుసుదనం మరియు రాపిడి నిరోధకత స్లైసింగ్‌ను సవాలుగా చేస్తాయి. సాంప్రదాయ డైమండ్ వైర్ కత్తిరింపు సమయం తీసుకుంటుంది, వ్యర్థం మరియు ఖరీదైనది. స్లైసింగ్ సామర్థ్యం మరియు పొర దిగుబడిని మెరుగుపరచడానికి లేజర్ డైసింగ్ మరియు కోల్డ్ స్ప్లిటింగ్ పద్ధతులు పరిష్కారాలలో ఉన్నాయి.

పొర సన్నబడటం:SiC యొక్క తక్కువ ఫ్రాక్చర్ దృఢత్వం సన్నబడేటప్పుడు పగుళ్లకు గురవుతుంది, ఏకరీతి మందం తగ్గింపును అడ్డుకుంటుంది. ప్రస్తుత పద్ధతులు భ్రమణ గ్రౌండింగ్‌పై ఆధారపడతాయి, ఇది చక్రాల దుస్తులు మరియు ఉపరితల నష్టంతో బాధపడుతోంది. అల్ట్రాసోనిక్ వైబ్రేషన్-సహాయక గ్రౌండింగ్ మరియు ఎలక్ట్రోకెమికల్ మెకానికల్ పాలిషింగ్ వంటి అధునాతన పద్ధతులు మెటీరియల్ రిమూవల్ రేట్లను మెరుగుపరచడానికి మరియు ఉపరితల లోపాలను తగ్గించడానికి అన్వేషించబడుతున్నాయి.

3. ఫ్యూచర్ ఔట్‌లుక్:

SiC క్రిస్టల్ పెరుగుదల మరియు పొర ప్రాసెసింగ్‌ను ఆప్టిమైజ్ చేయడం విస్తృత SiC స్వీకరణకు కీలకం. భవిష్యత్ పరిశోధన వృద్ధి రేటును పెంచడం, క్రిస్టల్ నాణ్యతను మెరుగుపరచడం మరియు ఈ ఆశాజనక సెమీకండక్టర్ మెటీరియల్ యొక్క పూర్తి సామర్థ్యాన్ని అన్‌లాక్ చేయడానికి వేఫర్ ప్రాసెసింగ్ సామర్థ్యాన్ని మెరుగుపరచడంపై దృష్టి పెడుతుంది.**