Le four de croissance cristalline est l'équipement de base pourcarbure de siliciumcroissance cristalline. Il est similaire au four de croissance cristallin traditionnel de qualité silicium cristallin. La structure du four n’est pas très compliquée. Il est principalement composé d'un corps de four, d'un système de chauffage, d'un mécanisme de transmission de bobine, d'un système d'acquisition et de mesure du vide, d'un système de chemin de gaz, d'un système de refroidissement, d'un système de contrôle, etc. Le champ thermique et les conditions de processus déterminent les indicateurs clés decristal de carbure de siliciumcomme la qualité, la taille, la conductivité, etc.
D'une part, la température pendant la croissance decristal de carbure de siliciumest très élevé et ne peut être surveillé. La principale difficulté réside donc dans le processus lui-même. Les principales difficultés sont les suivantes :
(1) Difficulté de contrôle du champ thermique :
La surveillance de la cavité fermée à haute température est difficile et incontrôlable. Différent des équipements traditionnels de croissance cristalline à traction directe à base de silicium avec un degré élevé d'automatisation et un processus de croissance cristalline observable et contrôlable, les cristaux de carbure de silicium se développent dans un espace fermé dans un environnement à haute température supérieure à 2 000 ℃, et la température de croissance doit être contrôlé avec précision pendant la production, ce qui rend le contrôle de la température difficile ;
(2) Difficulté de contrôle de la forme cristalline :
Des microtuyaux, des inclusions polymorphes, des luxations et d'autres défauts sont susceptibles de se produire au cours du processus de croissance, et ils s'influencent et évoluent mutuellement. Les microtuyaux (MP) sont des défauts de type traversant d'une taille de plusieurs microns à des dizaines de microns, qui sont des défauts mortels des appareils. Les monocristaux de carbure de silicium comprennent plus de 200 formes cristallines différentes, mais seules quelques structures cristallines (type 4H) constituent les matériaux semi-conducteurs nécessaires à la production. La transformation de la forme cristalline se produit facilement au cours du processus de croissance, entraînant des défauts d'inclusion polymorphes. Par conséquent, il est nécessaire de contrôler avec précision des paramètres tels que le rapport silicium-carbone, le gradient de température de croissance, le taux de croissance des cristaux et la pression du flux d’air. De plus, il existe un gradient de température dans le champ thermique de la croissance monocristalline de carbure de silicium, qui conduit à une contrainte interne native et aux dislocations qui en résultent (dislocation du plan basal BPD, dislocation vis TSD, dislocation de bord TED) pendant le processus de croissance cristalline, ce qui entraîne affectant la qualité et les performances de l'épitaxie et des dispositifs ultérieurs.
(3) Contrôle antidopage difficile :
L'introduction d'impuretés extérieures doit être strictement contrôlée pour obtenir un cristal conducteur à dopage directionnel ;
(4) Taux de croissance lent :
Le taux de croissance du carbure de silicium est très lent. Les matériaux de silicium traditionnels n'ont besoin que de 3 jours pour se transformer en une tige de cristal, tandis que les tiges de cristal de carbure de silicium ont besoin de 7 jours. Cela conduit à une efficacité de production naturellement inférieure du carbure de silicium et à un rendement très limité.
D'autre part, les paramètres de croissance épitaxiale du carbure de silicium sont extrêmement exigeants, notamment l'étanchéité à l'air de l'équipement, la stabilité de la pression du gaz dans la chambre de réaction, le contrôle précis du temps d'introduction du gaz, la précision du dosage du gaz. rapport et la gestion stricte de la température de dépôt. En particulier, avec l'amélioration du niveau de résistance à la tension du dispositif, la difficulté de contrôler les paramètres centraux de la tranche épitaxiale a considérablement augmenté. De plus, avec l’augmentation de l’épaisseur de la couche épitaxiale, comment contrôler l’uniformité de la résistivité et réduire la densité des défauts tout en garantissant l’épaisseur est devenu un autre défi majeur. Dans le système de contrôle électrifié, il est nécessaire d'intégrer des capteurs et des actionneurs de haute précision pour garantir que divers paramètres peuvent être régulés avec précision et stabilité. Dans le même temps, l’optimisation de l’algorithme de contrôle est également cruciale. Il doit être capable d'ajuster la stratégie de contrôle en temps réel en fonction du signal de rétroaction pour s'adapter aux divers changements dans le processus de croissance épitaxiale du carbure de silicium.
Principales difficultés danssubstrat en carbure de siliciumfabrication:
Heure de publication : 07 juin 2024