Der Kristallzuchtofen ist die Kernausrüstung fürSiliciumcarbidKristallwachstum. Es ähnelt dem traditionellen Kristallzuchtofen für kristallines Silizium. Der Ofenaufbau ist nicht sehr komplex. Er besteht hauptsächlich aus Ofenkörper, Heizsystem, Spulenantrieb, Vakuumerfassungs- und Messsystem, Gasführungssystem, Kühlsystem, Steuerungssystem usw. Das Temperaturfeld und die Prozessbedingungen bestimmen die wichtigsten Kennzahlen.Siliciumcarbidkristallwie Qualität, Größe, Leitfähigkeit und so weiter.
Zum einen ist die Temperatur während des Wachstums vonSiliciumcarbidkristallist sehr hoch und kann nicht überwacht werden. Daher liegt die Hauptschwierigkeit im Prozess selbst. Die Hauptschwierigkeiten sind folgende:
(1) Schwierigkeiten bei der Temperaturfeldregelung:
Die Überwachung des geschlossenen Hochtemperaturhohlraums ist schwierig und unkontrollierbar. Anders als bei den herkömmlichen, auf Silizium basierenden Direktzieh-Kristallzuchtanlagen mit einem hohen Automatisierungsgrad und einem beobachtbaren und kontrollierbaren Kristallwachstumsprozess wachsen Siliziumkarbidkristalle in einem geschlossenen Raum in einer Hochtemperaturumgebung über 2000 °C, und die Wachstumstemperatur muss während der Produktion präzise gesteuert werden, was die Temperaturkontrolle erschwert;
(2) Schwierigkeiten bei der Kontrolle der Kristallform:
Mikroröhren, polymorphe Einschlüsse, Versetzungen und andere Defekte treten häufig während des Wachstumsprozesses auf und beeinflussen sich gegenseitig. Mikroröhren (MP) sind durchgehende Defekte mit einer Größe von einigen Mikrometern bis zu mehreren zehn Mikrometern, die für Bauelemente kritisch sind. Siliziumkarbid-Einkristalle weisen über 200 verschiedene Kristallformen auf, jedoch sind nur wenige Kristallstrukturen (4H-Typ) für die Halbleiterproduktion geeignet. Kristallformumwandlungen treten während des Wachstumsprozesses leicht auf und führen zu polymorphen Einschlussdefekten. Daher ist eine präzise Kontrolle von Parametern wie dem Silizium-Kohlenstoff-Verhältnis, dem Temperaturgradienten, der Kristallwachstumsrate und dem Luftdruck unerlässlich. Zusätzlich entsteht im thermischen Feld des Siliziumkarbid-Einkristallwachstums ein Temperaturgradient, der während des Kristallwachstums zu Eigenspannungen und daraus resultierenden Versetzungen (Basisebenenversetzungen, Schraubenversetzungen und Stufenversetzungen) führt und somit die Qualität und Leistung nachfolgender Epitaxieschichten und Bauelemente beeinträchtigt.
(3) Schwierige Dopingkontrolle:
Die Einbringung von Fremdstoffen muss streng kontrolliert werden, um einen leitfähigen Kristall mit gerichteter Dotierung zu erhalten;
(4) Langsames Wachstum:
Das Wachstum von Siliciumcarbid verläuft sehr langsam. Herkömmliche Siliciummaterialien benötigen nur 3 Tage, um zu einem Kristallstab heranzuwachsen, während Siliciumcarbid-Kristallstäbe 7 Tage benötigen. Dies führt naturgemäß zu einer geringeren Produktionseffizienz von Siliciumcarbid und einer sehr begrenzten Ausbeute.
Andererseits sind die Parameter des epitaxialen Wachstums von Siliziumkarbid äußerst anspruchsvoll. Dazu gehören die Luftdichtheit der Anlagen, die Stabilität des Gasdrucks in der Reaktionskammer, die präzise Steuerung der Gaseinleitungszeit, die Genauigkeit des Gasverhältnisses und die strikte Kontrolle der Abscheidungstemperatur. Insbesondere mit steigendem Spannungsfestigkeitsgrad der Anlagen hat die Kontrolle der Kernparameter des Epitaxie-Wafers deutlich an Schwierigkeit zugenommen. Zudem stellt die Kontrolle der Widerstandshomogenität und die Reduzierung der Defektdichte bei gleichzeitiger Gewährleistung der Schichtdicke mit zunehmender Dicke der Epitaxieschicht eine weitere große Herausforderung dar. Im elektrifizierten Steuerungssystem ist die Integration hochpräziser Sensoren und Aktoren erforderlich, um eine genaue und stabile Regelung der verschiedenen Parameter zu gewährleisten. Gleichzeitig ist die Optimierung des Regelalgorithmus entscheidend. Dieser muss in der Lage sein, die Regelungsstrategie in Echtzeit anhand des Rückkopplungssignals anzupassen, um auf die verschiedenen Veränderungen im epitaxialen Wachstumsprozess von Siliziumkarbid zu reagieren.
Hauptschwierigkeiten beiSiliziumkarbidsubstratHerstellung:
Veröffentlichungsdatum: 07.06.2024