อะไรคือปัญหาทางเทคนิคของเตาเติบโตคริสตัลซิลิคอนคาร์ไบด์?

เตาปลูกคริสตัลเป็นอุปกรณ์หลักสำหรับซิลิคอนคาร์ไบด์การเติบโตของคริสตัล มันคล้ายกับเตาเติบโตคริสตัลเกรดซิลิคอนเกรดผลึกแบบดั้งเดิม โครงสร้างเตาไม่ซับซ้อนมากนัก ส่วนใหญ่ประกอบด้วยตัวเตา ระบบทำความร้อน กลไกการส่งผ่านคอยล์ ระบบการรับและการวัดสุญญากาศ ระบบเส้นทางก๊าซ ระบบทำความเย็น ระบบควบคุม ฯลฯ สนามความร้อนและสภาวะกระบวนการกำหนดตัวบ่งชี้สำคัญของคริสตัลซิลิคอนคาร์ไบด์เช่น คุณภาพ ขนาด การนำไฟฟ้า และอื่นๆ

ในด้านหนึ่งอุณหภูมิระหว่างการเจริญเติบโตของคริสตัลซิลิคอนคาร์ไบด์สูงมากจนไม่สามารถติดตามได้ ดังนั้นปัญหาหลักจึงอยู่ที่ตัวกระบวนการเอง ปัญหาหลักมีดังนี้:

(1) ความยากในการควบคุมสนามความร้อน: การตรวจสอบช่องอุณหภูมิสูงแบบปิดนั้นทำได้ยากและไม่สามารถควบคุมได้ แตกต่างจากอุปกรณ์การเจริญเติบโตของผลึกแบบดึงตรงที่ใช้โซลูชันซิลิคอนแบบดั้งเดิมซึ่งมีระบบอัตโนมัติในระดับสูง รวมถึงกระบวนการการเติบโตของผลึกที่สังเกตและควบคุมได้ ผลึกซิลิคอนคาร์ไบด์จะเติบโตในพื้นที่ปิดในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงกว่า 2,000°C และอุณหภูมิการเติบโต จำเป็นต้องได้รับการควบคุมอย่างแม่นยำในระหว่างการผลิต ซึ่งทำให้การควบคุมอุณหภูมิทำได้ยาก

(2) ความยากลำบากในการควบคุมรูปแบบคริสตัล: ไมโครไปป์ การรวมโพลีมอร์ฟิก การเคลื่อนตัว และข้อบกพร่องอื่นๆ มีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการเติบโต และสิ่งเหล่านี้ส่งผลกระทบและพัฒนาซึ่งกันและกัน ท่อไมโคร (MP) เป็นข้อบกพร่องแบบทะลุซึ่งมีขนาดตั้งแต่หลายไมครอนถึงหลายสิบไมครอน ซึ่งเป็นข้อบกพร่องร้ายแรงของอุปกรณ์ ผลึกเดี่ยวของซิลิคอนคาร์ไบด์มีรูปแบบผลึกที่แตกต่างกันมากกว่า 200 รูปแบบ แต่มีโครงสร้างผลึกเพียงไม่กี่แบบ (ประเภท 4H) เท่านั้นที่เป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่จำเป็นสำหรับการผลิต การเปลี่ยนแปลงรูปแบบคริสตัลเกิดขึ้นได้ง่ายในระหว่างกระบวนการเติบโต ส่งผลให้เกิดข้อบกพร่องในการรวมโพลีมอร์ฟิก ดังนั้นจึงจำเป็นต้องควบคุมพารามิเตอร์อย่างแม่นยำ เช่น อัตราส่วนซิลิคอน-คาร์บอน การไล่ระดับอุณหภูมิการเจริญเติบโต อัตราการเติบโตของผลึก และความดันการไหลของอากาศ นอกจากนี้ มีการไล่ระดับอุณหภูมิในสนามความร้อนของการเจริญเติบโตของผลึกเดี่ยวของซิลิคอนคาร์ไบด์ ซึ่งนำไปสู่ความเครียดภายในและผลการเคลื่อนตัวที่เกิดขึ้น (BPD การเคลื่อนของระนาบฐาน, การเคลื่อนของสกรู TSD, การเคลื่อนของขอบ TED) ในระหว่างกระบวนการการเติบโตของคริสตัล ด้วยเหตุนี้ ส่งผลกระทบต่อคุณภาพและประสิทธิภาพของ epitaxy และอุปกรณ์ที่ตามมา

(3) การควบคุมยาสลบที่ยากลำบาก: การแนะนำสิ่งเจือปนภายนอกจะต้องได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวดเพื่อให้ได้ผลึกนำไฟฟ้าที่มีการยาสลบตามทิศทาง

(4) อัตราการเติบโตช้า: อัตราการเติบโตของซิลิกอนคาร์ไบด์ช้ามาก วัสดุซิลิกอนแบบดั้งเดิมต้องใช้เวลาเพียง 3 วันจึงจะเติบโตเป็นแท่งคริสตัล ในขณะที่แท่งคริสตัลซิลิคอนคาร์ไบด์ต้องใช้เวลา 7 วัน สิ่งนี้นำไปสู่ประสิทธิภาพการผลิตซิลิคอนคาร์ไบด์ที่ลดลงตามธรรมชาติและผลผลิตที่จำกัดมาก

ในทางกลับกัน พารามิเตอร์ของการเจริญเติบโตของเยื่อบุผิวซิลิกอนคาร์ไบด์มีความต้องการอย่างมาก รวมถึงความหนาแน่นของอากาศของอุปกรณ์ ความเสถียรของแรงดันก๊าซในห้องปฏิกิริยา การควบคุมเวลาแนะนำก๊าซอย่างแม่นยำ ความแม่นยำของก๊าซ อัตราส่วนและการจัดการอุณหภูมิการสะสมอย่างเข้มงวด โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ด้วยการปรับปรุงระดับความต้านทานแรงดันไฟฟ้าของอุปกรณ์ ความยากในการควบคุมพารามิเตอร์หลักของเวเฟอร์อีพิแทกเซียลได้เพิ่มขึ้นอย่างมาก นอกจากนี้ ด้วยความหนาของชั้นเอปิแทกเชียลที่เพิ่มขึ้น การควบคุมความสม่ำเสมอของความต้านทานและลดความหนาแน่นของข้อบกพร่อง ขณะเดียวกันก็ทำให้มั่นใจว่าความหนากลายเป็นความท้าทายที่สำคัญอีกประการหนึ่ง ในระบบควบคุมแบบใช้ไฟฟ้า จำเป็นต้องรวมเซ็นเซอร์และแอคทูเอเตอร์ที่มีความแม่นยำสูงเข้าด้วยกันเพื่อให้แน่ใจว่าพารามิเตอร์ต่างๆ สามารถควบคุมได้อย่างแม่นยำและเสถียร ในขณะเดียวกัน การเพิ่มประสิทธิภาพของอัลกอริธึมการควบคุมก็มีความสำคัญเช่นกัน โดยจะต้องสามารถปรับกลยุทธ์การควบคุมแบบเรียลไทม์ตามสัญญาณป้อนกลับเพื่อปรับให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลงต่างๆ ในกระบวนการเติบโตของเยื่อบุผิวซิลิคอนคาร์ไบด์

ปัญหาหลักในพื้นผิวซิลิกอนคาร์ไบด์การผลิต: