1. Siliziumkarbid-Pulver-Dotierungstechnologie
Durch die Dotierung von Siliciumcarbidpulver mit einer geeigneten Menge Cer lässt sich ein stabiles Wachstum von 4H-SiC-Einkristallen erzielen. Praktische Erfahrungen haben gezeigt, dass die Dotierung von Pulvermaterialien mit Cer die Wachstumsrate von Siliciumcarbidkristallen erhöht und somit deren Wachstum beschleunigt. Die Orientierung der Siliciumcarbidkristalle kann gezielt gesteuert werden, wodurch die Wachstumsrichtung gleichmäßiger und regelmäßiger wird. Die Bildung von Verunreinigungen und Defekten in den Kristallen wird gehemmt, was die Gewinnung von Einkristallen und qualitativ hochwertigen Kristallen erleichtert. Zudem wird die Korrosion an der Kristallrückseite gehemmt und die Einkristallbildungsrate erhöht.
2. Technologie zur Regelung axialer und radialer Temperaturfeldgradienten
Der axiale Temperaturgradient beeinflusst maßgeblich die Kristallwachstumsform und -effizienz. Ein zu geringer Temperaturgradient führt zur Bildung von Heterokristallen während des Kristallwachstums und beeinträchtigt zudem den Transport gasförmiger Substanzen, was die Kristallwachstumsrate verringert. Geeignete axiale und radiale Temperaturgradienten fördern das schnelle Wachstum von SiC-Kristallen und erhalten deren Qualität.
3. Basisebenen-Versetzungskontrolltechnologie (BPD)
Die Hauptursache für die Entstehung von BPD-Defekten ist, dass die Scherspannung im Kristall die kritische Scherspannung überschreitet.SiC-KristallDies führt zur Aktivierung des Gleitsystems. Da BPD senkrecht zur Kristallwachstumsrichtung verläuft, entsteht es hauptsächlich während des Kristallwachstumsprozesses und des anschließenden Kristallabkühlungsprozesses.
4. Technologie zur Regelung und Steuerung des Komponentenverhältnisses in der Gasphase
Im Kristallwachstumsprozess ist die Erhöhung des Kohlenstoff-Silizium-Verhältnisses und des Verhältnisses der Gasphasenkomponenten in der Wachstumsumgebung eine wirksame Maßnahme, um ein stabiles Wachstum einkristalliner Formen zu erzielen. Da ein hohes Kohlenstoff-Silizium-Verhältnis das Zusammenwachsen großer Kristallstufen reduziert und die Weitergabe von Wachstumsinformationen an der Oberfläche des Impfkristalls erhält, kann es Polymorphie unterdrücken.
5. Stressarme Steuerungstechnologie
Während des Kristallwachstumsprozesses kann das Vorhandensein von Spannungen dazu führen, dass die inneren KristallflächenSiCDurch die Biegung kann die Kristallqualität beeinträchtigt werden, was sogar zu Kristallrissen führen kann. Darüber hinaus kann hohe Spannung die Anzahl von Versetzungen in der Basisebene des Wafers erhöhen. Diese Defekte können während des Epitaxieprozesses in die Epitaxieschicht eindringen und die Leistung des Bauelements später erheblich beeinträchtigen.
Hier sind einige Methoden zur Verbesserung des Prozesses zur Reduzierung von Spannungen im Kristall:
1. Passen Sie die Temperaturfeldverteilung und die Prozessparameter an, um die SiC-Einzelzellenbildung zu ermöglichen.KristallwachstumDas Vorgehen sollte unter Bedingungen erfolgen, die dem Gleichgewicht so nahe wie möglich kommen.
2. Optimieren Sie die Struktur und Form des Tiegels, damit der Kristall in einem ungebundenen Zustand möglichst frei wachsen kann.
3. Bezüglich der Fixierung des Impfkristalls sollte der Fixierungsprozess so angepasst werden, dass die Unterschiede in den Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen Impfkristall und Graphithalter während des Erhitzens verringert werden. Dadurch werden die inneren Spannungen im 4H-SiC-Einkristall minimiert. Üblicherweise wird hierfür ein Spalt von 2 mm zwischen Impfkristall und Graphithalter belassen.
4. Modifizieren Sie den Kristallglühprozess, indem Sie eine ofengekühlte Glühung des Kristalls durchführen. Passen Sie die Glühtemperatur und -dauer an, um die inneren Spannungen im Kristall vollständig abzubauen.
Mit Blick auf die Zukunft wird sich die Technologie zur Herstellung hochwertiger Siliziumkarbid-(SiC)-Einkristalle in mehrere Schlüsselrichtungen weiterentwickeln:
1. Vergrößerung der Wafergröße: Der Durchmesser von SiC-Kristallen hat sich von anfänglich wenigen Millimetern auf aktuelle 6-Zoll-, 8-Zoll- und sogar noch größere 12-Zoll-Wafer entwickelt. Die Herstellung größerer SiC-Kristalle steigert die Produktionseffizienz, senkt die Kosten und erfüllt die Anforderungen von Hochleistungsbauelementen.
2. Verbesserung der Kristallqualität: Hochwertige SiC-Kristalle sind für Hochleistungsbauelemente unerlässlich. Trotz bedeutender Fortschritte bestehen weiterhin Defekte wie Mikrokanäle, Versetzungen und Verunreinigungen, die die Leistung und Zuverlässigkeit der Bauelemente beeinträchtigen.
3. Senkung der Produktionskosten: Die relativ hohen Kosten der SiC-Kristallherstellung schränken deren Anwendung in bestimmten Bereichen ein. Eine Kostenreduzierung lässt sich durch die Optimierung der Wachstumsprozesse, die Steigerung der Produktionseffizienz und die Senkung der Rohstoffkosten erreichen.
4. Intelligente Fertigung: Dank Fortschritten in den Bereichen KI und Big Data wird die SiC-Kristallzüchtungstechnologie zunehmend auf intelligente Prozesse setzen. Echtzeitüberwachung und -steuerung mittels Sensoren und automatisierter Steuerungssysteme verbessern die Prozessstabilität und -steuerbarkeit. Gleichzeitig optimiert die Nutzung von Big-Data-Analysen die Wachstumsdaten und steigert so die Kristallqualität und Produktionseffizienz.
Die Herstellungstechnologie hochwertiger Siliciumcarbid-Einkristalle zählt zu den aktuellen Forschungsschwerpunkten in der Halbleitermaterialforschung. Dank des kontinuierlichen technologischen Fortschritts wird sich die Siliciumcarbid-Kristallzüchtungstechnologie stetig weiterentwickeln und verbessern und damit eine solidere Grundlage für die Anwendung von Siliciumcarbid in Hochtemperatur-, Hochfrequenz-, Hochleistungs- und anderen Bereichen schaffen.
Veröffentlichungsdatum: 10. Juli 2025