מהם הקשיים הטכניים של תנור צמיחת גבישי סיליקון קרביד?

תנור גידול הגבישים הוא ציוד הליבה עבורסיליקון קרבידצמיחת גבישים. זה דומה לתנור הגידול הגבישי המסורתי בדרגת סיליקון גבישי. מבנה התנור אינו מסובך במיוחד. הוא מורכב בעיקר מגוף תנור, מערכת חימום, מנגנון העברת סליל, מערכת רכישת ואקום ומדידה, מערכת נתיב גז, מערכת קירור, מערכת בקרה וכו'. השדה התרמי ותנאי התהליך קובעים את האינדיקטורים העיקריים שלקריסטל סיליקון קרבידכמו איכות, גודל, מוליכות וכן הלאה.

מצד אחד, הטמפרטורה במהלך הצמיחה שלקריסטל סיליקון קרבידהוא גבוה מאוד ולא ניתן למעקב. לכן, הקושי העיקרי טמון בתהליך עצמו. הקשיים העיקריים הם כדלקמן:

(1) קושי בשליטה בשדה תרמי:

הניטור של חלל הסגור בטמפרטורה גבוהה קשה ובלתי נשלט. בשונה מהפתרון המסורתי המבוסס על סיליקון ציוד לגידול גבישים במשיכה ישירה עם רמה גבוהה של אוטומציה ותהליך צמיחת גבישים הניתן לצפייה וניתנת לשליטה, גבישי סיליקון קרביד גדלים בחלל סגור בסביבה בטמפרטורה גבוהה מעל 2,000 מעלות צלזיוס, וטמפרטורת הגידול. צריך לשלוט במדויק במהלך הייצור, מה שמקשה על בקרת הטמפרטורה;

(2) קושי בשליטה בצורת גביש:

מיקרו-צינורות, תכלילים פולימורפיים, נקעים ופגמים אחרים נוטים להתרחש במהלך תהליך הגדילה, והם משפיעים ומתפתחים זה על זה. מיקרו-צינורות (MP) הם פגמים מסוג דרך בגודל של מספר מיקרונים עד עשרות מיקרונים, שהם פגמים קטלניים של מכשירים. גבישים בודדים של סיליקון קרביד כוללים יותר מ-200 צורות גבישים שונות, אך רק כמה מבני גביש (סוג 4H) הם החומרים המוליכים למחצה הנדרשים לייצור. טרנספורמציה של צורת גביש קלה להתרחש במהלך תהליך הצמיחה, וכתוצאה מכך פגמי הכללה פולימורפיים. לכן, יש צורך לשלוט במדויק על פרמטרים כגון יחס סיליקון-פחמן, שיפוע טמפרטורת צמיחה, קצב צמיחת גבישים ולחץ זרימת אוויר. בנוסף, קיים שיפוע טמפרטורה בשדה התרמי של צמיחת גביש בודד של סיליקון קרביד, אשר מוביל ללחץ פנימי מקורי ולעקירות הנובעות מכך (נקע במישור הבסיסי BPD, נקע בורג TSD, נקע קצוות TED) במהלך תהליך גדילת הגביש, ובכך משפיעים על האיכות והביצועים של האפיטקסיה והמכשירים הבאים.

(3) שליטה קשה בסמים:

הכנסת זיהומים חיצוניים חייבת להיות מבוקרת בקפדנות כדי להשיג גביש מוליך עם סימום כיווני;

(4) קצב צמיחה איטי:

קצב הצמיחה של סיליקון קרביד איטי מאוד. חומרי סיליקון מסורתיים צריכים רק 3 ימים כדי לגדול למוט קריסטל, בעוד למוטות קריסטל סיליקון קרביד צריכים 7 ימים. זה מוביל ליעילות ייצור נמוכה יותר באופן טבעי של סיליקון קרביד ותפוקה מוגבלת מאוד.

מצד שני, הפרמטרים של גידול אפיטקסיאלי סיליקון קרביד תובעניים ביותר, כולל אטימות האוויר של הציוד, יציבות לחץ הגז בתא התגובה, שליטה מדויקת על זמן הכנסת הגז, דיוק הגז. יחס, וניהול קפדני של טמפרטורת השקיעה. בפרט, עם שיפור רמת התנגדות המתח של המכשיר, הקושי לשלוט על פרמטרי הליבה של הפרוסה האפיטקסיאלית גדל באופן משמעותי. בנוסף, עם העלייה בעובי השכבה האפיטקסיאלית, כיצד לשלוט באחידות ההתנגדות ולהפחית את צפיפות הפגם תוך הקפדה על העובי הפך לאתגר מרכזי נוסף. במערכת הבקרה המחושמלת, יש צורך לשלב חיישנים ומפעילים בעלי דיוק גבוה כדי להבטיח שניתן לווסת פרמטרים שונים בצורה מדויקת ויציבה. יחד עם זאת, האופטימיזציה של אלגוריתם הבקרה היא גם חיונית. הוא צריך להיות מסוגל להתאים את אסטרטגיית הבקרה בזמן אמת בהתאם לאות המשוב כדי להתאים לשינויים שונים בתהליך הצמיחה האפיטקסיאלי של סיליקון קרביד.

קשיים עיקריים במצע סיליקון קרבידייצור: