Kristal büyütme fırını, temel ekipmandır.silisyum karbürkristal büyümesi. Geleneksel kristalin silikon sınıfı kristal büyütme fırınına benzer. Fırın yapısı çok karmaşık değildir. Esas olarak fırın gövdesi, ısıtma sistemi, bobin iletim mekanizması, vakum toplama ve ölçüm sistemi, gaz yolu sistemi, soğutma sistemi, kontrol sistemi vb.'den oluşur. Termal alan ve proses koşulları, fırının temel göstergelerini belirler.silisyum karbür kristalikalite, boyut, iletkenlik vb. gibi.
Bir yandan büyüme sırasındaki sıcaklıksilisyum karbür kristaliçok yüksektir ve izlenemez. Bu nedenle asıl zorluk sürecin kendisinde yatmaktadır. Başlıca zorluklar aşağıdaki gibidir:
(1) Termal alan kontrolünde zorluk: Kapalı yüksek sıcaklık boşluğunun izlenmesi zor ve kontrol edilemez. Yüksek derecede otomasyona ve gözlemlenebilir ve kontrol edilebilir kristal büyüme sürecine sahip geleneksel silikon bazlı çözüm doğrudan çekmeli kristal büyütme ekipmanından farklı olarak, silisyum karbür kristalleri, 2.000 ° C'nin üzerindeki yüksek sıcaklıktaki bir ortamda kapalı bir alanda büyür ve büyüme sıcaklığı üretim sırasında hassas bir şekilde kontrol edilmesi gerekir, bu da sıcaklık kontrolünü zorlaştırır;
(2) Kristal form kontrolünde zorluk: Mikro borular, polimorfik kapanımlar, dislokasyonlar ve diğer kusurlar, büyüme süreci sırasında meydana gelme eğilimindedir ve bunlar birbirini etkiler ve geliştirir. Mikro borular (MP), birkaç mikrondan onlarca mikrona kadar değişen boyutlara sahip, cihazların öldürücü kusurları olan geçiş tipi kusurlardır. Silisyum karbür tek kristalleri 200'den fazla farklı kristal formu içerir, ancak yalnızca birkaç kristal yapı (4H tipi) üretim için gerekli yarı iletken malzemelerdir. Büyüme süreci sırasında kristal form dönüşümünün meydana gelmesi kolaydır, bu da polimorfik inklüzyon kusurlarına neden olur. Bu nedenle silikon-karbon oranı, büyüme sıcaklığı gradyanı, kristal büyüme hızı ve hava akış basıncı gibi parametrelerin doğru bir şekilde kontrol edilmesi gerekmektedir. Ek olarak, silikon karbür tek kristal büyümesinin termal alanında bir sıcaklık gradyanı vardır, bu da kristal büyüme süreci sırasında doğal iç gerilime ve bunun sonucunda ortaya çıkan dislokasyonlara (bazal düzlem dislokasyonu BPD, vida dislokasyonu TSD, kenar dislokasyonu TED) yol açar, dolayısıyla sonraki epitaksi ve cihazların kalitesini ve performansını etkiler.
(3) Zor doping kontrolü: Yönsel katkılı iletken bir kristal elde etmek için harici yabancı maddelerin girişi sıkı bir şekilde kontrol edilmelidir;
(4) Yavaş büyüme hızı: Silisyum karbürün büyüme hızı çok yavaştır. Geleneksel silikon malzemelerin kristal çubuğa dönüşmesi yalnızca 3 güne ihtiyaç duyarken silisyum karbür kristal çubukların 7 güne ihtiyacı vardır. Bu, silisyum karbürün doğal olarak daha düşük üretim verimliliğine ve çok sınırlı üretime yol açar.
Öte yandan, silisyum karbür epitaksiyel büyümesinin parametreleri, ekipmanın hava sızdırmazlığı, reaksiyon odasındaki gaz basıncının stabilitesi, gaz giriş süresinin hassas kontrolü, gazın doğruluğu dahil olmak üzere son derece zorludur. oranı ve biriktirme sıcaklığının sıkı yönetimi. Özellikle cihazın voltaj direnç seviyesinin iyileştirilmesiyle birlikte, epitaksiyel levhanın çekirdek parametrelerini kontrol etme zorluğu önemli ölçüde artmıştır. Ek olarak, epitaksiyel tabakanın kalınlığının artmasıyla birlikte, özdirencin tek biçimliliğinin nasıl kontrol edileceği ve kalınlığın sağlanması sırasında kusur yoğunluğunun nasıl azaltılacağı da bir başka büyük zorluk haline gelmiştir. Elektrikli kontrol sisteminde, çeşitli parametrelerin doğru ve istikrarlı bir şekilde düzenlenebilmesini sağlamak için yüksek hassasiyetli sensörlerin ve aktüatörlerin entegre edilmesi gerekir. Aynı zamanda kontrol algoritmasının optimizasyonu da çok önemlidir. Silisyum karbür epitaksiyel büyüme sürecindeki çeşitli değişikliklere uyum sağlamak için geri bildirim sinyaline göre kontrol stratejisini gerçek zamanlı olarak ayarlayabilmesi gerekir.
Başlıca zorluklarsilisyum karbür substratüretme:
Gönderim zamanı: Haz-07-2024