Der Kristallwachstumsofen ist die Kernausrüstung fürSiliziumkarbidKristallwachstum. Es ähnelt dem herkömmlichen Kristallwachstumsofen für kristallines Silizium. Der Ofenaufbau ist nicht sehr kompliziert. Es besteht hauptsächlich aus dem Ofenkörper, dem Heizsystem, dem Spulenübertragungsmechanismus, dem Vakuumerfassungs- und -messsystem, dem Gaswegsystem, dem Kühlsystem, dem Steuerungssystem usw. Das Wärmefeld und die Prozessbedingungen bestimmen die Schlüsselindikatoren vonSiliziumkarbid-Kristallwie Qualität, Größe, Leitfähigkeit usw.
Einerseits die Temperatur während des WachstumsSiliziumkarbid-Kristallist sehr hoch und kann nicht überwacht werden. Daher liegt die Hauptschwierigkeit im Prozess selbst. Die Hauptschwierigkeiten sind folgende:
(1) Schwierigkeiten bei der thermischen Feldkontrolle:
Die Überwachung des geschlossenen Hochtemperaturhohlraums ist schwierig und unkontrollierbar. Im Gegensatz zu herkömmlichen Geräten zur Direktzug-Kristallzüchtung auf Siliziumbasis mit hohem Automatisierungsgrad und beobachtbarem und steuerbarem Kristallwachstumsprozess wachsen Siliziumkarbidkristalle in einem geschlossenen Raum in einer Hochtemperaturumgebung über 2.000 °C und einer Wachstumstemperatur von mehr als 2.000 °C muss während der Produktion genau kontrolliert werden, was die Temperaturkontrolle erschwert;
(2) Schwierigkeiten bei der Kristallformkontrolle:
Während des Wachstumsprozesses treten häufig Mikroröhren, polymorphe Einschlüsse, Versetzungen und andere Defekte auf, die sich gegenseitig beeinflussen und weiterentwickeln. Micropipes (MP) sind durchgehende Defekte mit einer Größe von mehreren Mikrometern bis zu mehreren zehn Mikrometern, die tödliche Defekte von Geräten darstellen. Siliziumkarbid-Einkristalle umfassen mehr als 200 verschiedene Kristallformen, aber nur wenige Kristallstrukturen (4H-Typ) sind die für die Herstellung benötigten Halbleitermaterialien. Während des Wachstumsprozesses kommt es leicht zu einer Kristallformumwandlung, die zu polymorphen Einschlussdefekten führt. Daher ist es notwendig, Parameter wie das Silizium-Kohlenstoff-Verhältnis, den Wachstumstemperaturgradienten, die Kristallwachstumsrate und den Luftströmungsdruck genau zu steuern. Darüber hinaus gibt es im thermischen Feld des Siliziumkarbid-Einkristallwachstums einen Temperaturgradienten, der während des Kristallwachstumsprozesses zu nativer innerer Spannung und den daraus resultierenden Versetzungen (Basalebenenversetzung BPD, Schraubenversetzung TSD, Kantenversetzung TED) führt Auswirkungen auf die Qualität und Leistung der nachfolgenden Epitaxie und Geräte.
(3) Schwierige Dopingkontrolle:
Die Einführung externer Verunreinigungen muss streng kontrolliert werden, um einen leitfähigen Kristall mit gerichteter Dotierung zu erhalten;
(4) Langsame Wachstumsrate:
Die Wachstumsrate von Siliziumkarbid ist sehr langsam. Herkömmliche Siliziummaterialien benötigen nur 3 Tage, um zu einem Kristallstab zu wachsen, während Siliziumkarbid-Kristallstäbe 7 Tage benötigen. Dies führt natürlicherweise zu einer geringeren Produktionseffizienz von Siliziumkarbid und einer sehr begrenzten Produktion.
Andererseits sind die Parameter des epitaktischen Wachstums von Siliziumkarbid äußerst anspruchsvoll, einschließlich der Luftdichtheit der Ausrüstung, der Stabilität des Gasdrucks in der Reaktionskammer, der präzisen Steuerung der Gaseinleitungszeit und der Genauigkeit des Gases Verhältnis und die strikte Steuerung der Abscheidungstemperatur. Insbesondere mit der Verbesserung des Spannungswiderstandsniveaus des Geräts ist die Schwierigkeit, die Kernparameter des Epitaxiewafers zu steuern, erheblich gestiegen. Darüber hinaus ist es mit der zunehmenden Dicke der Epitaxieschicht zu einer weiteren großen Herausforderung geworden, die Gleichmäßigkeit des spezifischen Widerstands zu steuern und die Defektdichte zu reduzieren und gleichzeitig die Dicke sicherzustellen. Im elektrifizierten Steuerungssystem ist die Integration hochpräziser Sensoren und Aktoren erforderlich, um sicherzustellen, dass verschiedene Parameter präzise und stabil geregelt werden können. Gleichzeitig ist auch die Optimierung des Regelalgorithmus von entscheidender Bedeutung. Es muss in der Lage sein, die Steuerstrategie in Echtzeit entsprechend dem Rückkopplungssignal anzupassen, um sich an verschiedene Änderungen im epitaktischen Wachstumsprozess von Siliziumkarbid anzupassen.
Hauptschwierigkeiten inSiliziumkarbid-SubstratHerstellung:
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 07.06.2024