結晶成長炉は、炭化ケイ素結晶の成長。これは、従来の結晶シリコングレードの結晶成長炉に似ています。炉の構造はそれほど複雑ではありません。それは主に、炉本体、加熱システム、コイル伝達機構、真空取得および測定システム、ガス経路システム、冷却システム、制御システムなどで構成されています。熱場とプロセス条件が炉の主要な指標を決定します。炭化ケイ素結晶品質、サイズ、導電性など。
一方で、成長中の温度は、炭化ケイ素結晶非常に高く、監視できません。したがって、主な困難はプロセス自体にあります。主な困難は次のとおりです。
(1) 熱場制御の難しさ: 閉じた高温キャビティの監視は難しく、制御できません。高度な自動化と観察可能かつ制御可能な結晶成長プロセスを備えた従来のシリコンベースの溶液ダイレクトプル結晶成長装置とは異なり、炭化ケイ素結晶は密閉された空間で2,000℃以上の高温環境で成長し、成長温度は2000℃以上です。製造中に正確に制御する必要があるため、温度制御が困難になります。
（２）結晶形態制御の難しさ：成長過程においてマイクロパイプ、多形介在物、転位等の欠陥が発生しやすく、それらは互いに影響し合い進化する。マイクロパイプ（MP）とは、数ミクロンから数十ミクロンの大きさの貫通型欠陥であり、デバイスの致命的な欠陥です。炭化ケイ素単結晶には 200 以上の異なる結晶形が含まれますが、製造に必要な半導体材料となる結晶構造は 4H 型のみです。成長過程で結晶形の変態が起こりやすく、多形介在物欠陥が発生します。したがって、シリコンと炭素の比率、成長温度勾配、結晶成長速度、エアフロー圧力などのパラメータを正確に制御する必要があります。さらに、炭化ケイ素単結晶成長の熱場には温度勾配があり、結晶成長プロセス中に自然内部応力とその結果生じる転位（基底面転位 BPD、らせん転位 TSD、刃状転位 TED）が発生します。その後のエピタキシーやデバイスの品質と性能に影響を与えます。
(3) 困難なドーピング制御: 方向性ドーピングを備えた導電性結晶を得るには、外部不純物の導入を厳密に制御する必要があります。
（４）成長速度が遅い：炭化ケイ素の成長速度は非常に遅い。従来のシリコン材料は結晶ロッドに成長するのに 3 日しかかかりませんが、炭化ケイ素結晶ロッドは 7 日かかります。これにより、炭化ケイ素の生産効率が自然に低下し、生産量が非常に制限されます。
一方で、炭化珪素エピタキシャル成長では、装置の気密性、反応室内のガス圧力の安定性、ガス導入時間の精密な制御、ガスの精度など、非常に厳しい条件が求められます。比率や成膜温度の厳密な管理。特に、デバイスの耐圧レベルの向上に伴い、エピタキシャルウェーハのコアパラメータを制御することの難しさは大幅に増加しています。また、エピタキシャル層の厚さの増加に伴い、厚さを確保しつつ、抵抗率の均一性を制御し、欠陥密度をいかに低減するかが大きな課題となっている。電動化された制御システムでは、さまざまなパラメータを正確かつ安定して制御できるように、高精度のセンサーやアクチュエーターを統合する必要があります。同時に、制御アルゴリズムの最適化も重要です。炭化ケイ素エピタキシャル成長プロセスにおけるさまざまな変化に適応するには、フィードバック信号に従って制御戦略をリアルタイムで調整できる必要があります。
主な困難点炭化ケイ素基板製造:
投稿時刻: 2024 年 6 月 7 日