El horno de crecimiento de cristales es el equipo principal paracarburo de siliciocrecimiento de cristales. Es similar al tradicional horno de crecimiento de cristales de grado silicio cristalino. La estructura del horno no es muy complicada. Se compone principalmente del cuerpo del horno, sistema de calefacción, mecanismo de transmisión de bobina, sistema de medición y adquisición de vacío, sistema de ruta de gas, sistema de enfriamiento, sistema de control, etc. El campo térmico y las condiciones del proceso determinan los indicadores clave decristal de carburo de siliciocomo calidad, tamaño, conductividad, etc.
Por un lado, la temperatura durante el crecimiento decristal de carburo de silicioes muy alto y no se puede controlar. Por tanto, la principal dificultad reside en el propio proceso. Las principales dificultades son las siguientes:
(1) Dificultad en el control del campo térmico:
La vigilancia de la cavidad cerrada de alta temperatura es difícil e incontrolable. A diferencia del equipo tradicional de crecimiento de cristales de tracción directa con solución basada en silicio, con un alto grado de automatización y un proceso de crecimiento de cristales observable y controlable, los cristales de carburo de silicio crecen en un espacio cerrado en un ambiente de alta temperatura superior a 2000 ℃, y la temperatura de crecimiento debe controlarse con precisión durante la producción, lo que dificulta el control de la temperatura;
(2) Dificultad en el control de la forma cristalina:
Es probable que se produzcan microtubos, inclusiones polimórficas, dislocaciones y otros defectos durante el proceso de crecimiento, y se afectan y evolucionan entre sí. Los microtubos (MP) son defectos de tipo pasante con un tamaño de varias micras a decenas de micras, que son defectos mortales en los dispositivos. Los monocristales de carburo de silicio incluyen más de 200 formas cristalinas diferentes, pero sólo unas pocas estructuras cristalinas (tipo 4H) son los materiales semiconductores necesarios para la producción. La transformación de la forma cristalina es fácil de producir durante el proceso de crecimiento, lo que resulta en defectos de inclusión polimórfica. Por lo tanto, es necesario controlar con precisión parámetros como la relación silicio-carbono, el gradiente de temperatura de crecimiento, la tasa de crecimiento de los cristales y la presión del flujo de aire. Además, existe un gradiente de temperatura en el campo térmico del crecimiento del monocristal de carburo de silicio, lo que conduce a una tensión interna nativa y las dislocaciones resultantes (dislocación del plano basal BPD, dislocación del tornillo TSD, dislocación del borde TED) durante el proceso de crecimiento del cristal, por lo que afectando la calidad y el rendimiento de la epitaxia y los dispositivos posteriores.
(3) Control de dopaje difícil:
Se debe controlar estrictamente la introducción de impurezas externas para obtener un cristal conductor con dopaje direccional;
(4) Tasa de crecimiento lenta:
La tasa de crecimiento del carburo de silicio es muy lenta. Los materiales de silicio tradicionales sólo necesitan 3 días para convertirse en una varilla de cristal, mientras que las varillas de cristal de carburo de silicio necesitan 7 días. Esto conduce a una eficiencia de producción naturalmente menor de carburo de silicio y a una producción muy limitada.
Por otro lado, los parámetros del crecimiento epitaxial del carburo de silicio son extremadamente exigentes, incluyendo la estanqueidad del equipo, la estabilidad de la presión del gas en la cámara de reacción, el control preciso del tiempo de introducción del gas, la precisión del gas relación, y la gestión estricta de la temperatura de deposición. En particular, con la mejora del nivel de resistencia de voltaje del dispositivo, la dificultad de controlar los parámetros centrales de la oblea epitaxial ha aumentado significativamente. Además, con el aumento del espesor de la capa epitaxial, cómo controlar la uniformidad de la resistividad y reducir la densidad de los defectos garantizando al mismo tiempo el espesor se ha convertido en otro desafío importante. En el sistema de control electrificado, es necesario integrar sensores y actuadores de alta precisión para garantizar que varios parámetros puedan regularse de manera precisa y estable. Al mismo tiempo, la optimización del algoritmo de control también es crucial. Debe poder ajustar la estrategia de control en tiempo real de acuerdo con la señal de retroalimentación para adaptarse a diversos cambios en el proceso de crecimiento epitaxial del carburo de silicio.
Principales dificultades ensustrato de carburo de siliciofabricación:
Hora de publicación: 07-jun-2024