Le four de croissance cristalline est l'équipement principal pourcarbure de siliciumCroissance cristalline. Elle est similaire au four de croissance cristalline traditionnel pour le silicium cristallin. La structure du four est relativement simple. Elle se compose principalement d'un corps de four, d'un système de chauffage, d'un mécanisme de transmission par bobine, d'un système d'acquisition et de mesure du vide, d'un système de circulation des gaz, d'un système de refroidissement, d'un système de contrôle, etc. Le champ thermique et les conditions de traitement déterminent les indicateurs clés.cristal 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 élevée et ne peut être contrôlée. Par conséquent, la principale difficulté réside 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. Contrairement aux équipements traditionnels de croissance cristalline par tirage direct en solution à base de silicium, qui présentent un haut degré d'automatisation et un processus de croissance cristalline observable et contrôlable, les cristaux de carbure de silicium croissent dans un espace clos, dans un environnement à haute température supérieur à 2 000 °C, et la température de croissance doit être contrôlée avec précision pendant la production, ce qui rend le contrôle de la température difficile ;
(2) Difficulté à contrôler la forme cristalline :
Les micropipes, les inclusions polymorphes, les dislocations et autres défauts sont susceptibles d'apparaître lors de la croissance et interagissent entre eux. Les micropipes (MP) sont des défauts traversants de quelques microns à quelques dizaines de microns, qui constituent des défauts critiques pour les dispositifs. Les monocristaux de carbure de silicium comprennent plus de 200 formes cristallines différentes, mais seules quelques structures (type 4H) sont utilisées comme matériaux semi-conducteurs. La transformation de la forme cristalline est fréquente pendant la croissance, engendrant des inclusions polymorphes. Il est donc essentiel de contrôler précisément des paramètres tels que le rapport silicium/carbone, le gradient de température, la vitesse de croissance et la pression d'air. De plus, le gradient de température présent lors de la croissance des monocristaux de carbure de silicium induit des contraintes internes et des dislocations (dislocations de plan basal, dislocations vis et dislocations coin) qui affectent la qualité et les performances des étapes d'épitaxie et des dispositifs.
(3) Contrôle antidopage difficile :
L'introduction d'impuretés externes doit être strictement contrôlée pour obtenir un cristal conducteur à dopage directionnel ;
(4) Taux de croissance lent :
La vitesse de croissance du carbure de silicium est très lente. Alors que les matériaux à base de silicium traditionnels ne nécessitent que 3 jours pour former une tige cristalline, les tiges cristallines de carbure de silicium requièrent 7 jours. Ceci explique la faible productivité du carbure de silicium et son rendement très limité.
En revanche, les paramètres de croissance épitaxiale du carbure de silicium sont extrêmement exigeants, notamment l'étanchéité de l'équipement, la stabilité de la pression des gaz dans la chambre de réaction, le contrôle précis du temps d'introduction des gaz, la précision du rapport gazeux et la gestion rigoureuse de la température de dépôt. En particulier, l'amélioration de la résistance des dispositifs a considérablement complexifié le contrôle des paramètres fondamentaux de la plaquette épitaxiale. De plus, l'augmentation de l'épaisseur de la couche épitaxiale pose un autre défi majeur : comment contrôler l'uniformité de la résistivité et réduire la densité de défauts tout en maintenant l'épaisseur requise ? Dans le système de contrôle électronique, il est nécessaire d'intégrer des capteurs et des actionneurs de haute précision pour garantir une régulation précise et stable des différents paramètres. Parallèlement, l'optimisation de l'algorithme de contrôle est cruciale. Ce dernier doit pouvoir ajuster la stratégie de contrôle en temps réel en fonction du signal de retour afin de s'adapter aux variations du processus de croissance épitaxiale du carbure de silicium.
Principales difficultés danssubstrat en carbure de siliciumfabrication:
Date de publication : 7 juin 2024