يعد فرن نمو البلورات هو المعدات الأساسية لـكربيد السيليكوننمو البلورات. يشبه فرن نمو البلورات التقليدي المصنوع من السيليكون البلوري. هيكل الفرن ليس معقدًا للغاية. يتكون بشكل أساسي من هيكل الفرن، ونظام التسخين، وآلية نقل الملفات، ونظام القياس والتحصيل الفراغي، ونظام مسار الغاز، ونظام التبريد، ونظام التحكم، وغيرها. يحدد المجال الحراري وظروف العملية المؤشرات الرئيسية لـبلورة كربيد السيليكونمثل الجودة والحجم والتوصيل وما إلى ذلك.
من ناحية أخرى، درجة الحرارة أثناء نموبلورة كربيد السيليكونمرتفع جدًا ولا يمكن مراقبته. لذلك، تكمن الصعوبة الرئيسية في العملية نفسها. وتتمثل الصعوبات الرئيسية فيما يلي:
(1) صعوبة التحكم في المجال الحراري:
إن مراقبة تجويف درجة الحرارة العالية المغلق أمر صعب وغير قابل للتحكم. بخلاف معدات نمو البلورات التقليدية القائمة على محلول السيليكون، والتي تتميز بدرجة عالية من الأتمتة وعملية نمو بلورات قابلة للملاحظة والتحكم، تنمو بلورات كربيد السيليكون في مساحة مغلقة في بيئة ذات درجة حرارة عالية تزيد عن 2000 درجة مئوية، وتتطلب درجة حرارة النمو تحكمًا دقيقًا أثناء الإنتاج، مما يجعل التحكم في درجة الحرارة أمرًا صعبًا؛
(2) صعوبة التحكم في شكل البلورة:
الأنابيب الدقيقة، والتشوهات متعددة الأشكال، والخلوع، وغيرها من العيوب معرضة للظهور أثناء عملية النمو، وتؤثر على بعضها البعض وتتطور. الأنابيب الدقيقة (MP) هي عيوب من النوع الشفاف، يتراوح حجمها بين عدة ميكرونات وعشرات الميكرونات، وهي عيوب خطيرة في الأجهزة. تحتوي بلورات كربيد السيليكون الأحادية على أكثر من 200 شكل بلوري مختلف، ولكن عددًا قليلًا فقط من البنى البلورية (من النوع 4H) هي مواد أشباه الموصلات اللازمة للإنتاج. من السهل حدوث تحول في شكل البلورة أثناء عملية النمو، مما يؤدي إلى عيوب تشوهات متعددة الأشكال. لذلك، من الضروري التحكم بدقة في معايير مثل نسبة السيليكون إلى الكربون، وتدرج درجة حرارة النمو، ومعدل نمو البلورة، وضغط تدفق الهواء. بالإضافة إلى ذلك، يوجد تدرج في درجة الحرارة في المجال الحراري لنمو بلورة كربيد السيليكون الأحادية، مما يؤدي إلى إجهاد داخلي طبيعي والتشوهات الناتجة (خلع المستوى القاعدي (BPD)، وخلع اللولب (TSD)، وخلع الحافة (TED)) أثناء عملية نمو البلورة، مما يؤثر على جودة وأداء التركيب اللاحق والأجهزة.
(3) صعوبة السيطرة على المنشطات:
يجب التحكم بشكل صارم في إدخال الشوائب الخارجية للحصول على بلورة موصلة مع تشويب اتجاهي؛
(4) معدل النمو البطيء:
معدل نمو كربيد السيليكون بطيء جدًا. تحتاج مواد السيليكون التقليدية إلى 3 أيام فقط لتتحول إلى قضيب بلوري، بينما تحتاج قضبان بلورات كربيد السيليكون إلى 7 أيام. هذا يؤدي إلى انخفاض طبيعي في كفاءة إنتاج كربيد السيليكون ومحدودية إنتاجه.
من ناحية أخرى، تُعدّ معايير نموّ كربيد السيليكون الطبقي مُتطلبة للغاية، بما في ذلك إحكام إغلاق المعدات، واستقرار ضغط الغاز في غرفة التفاعل، والتحكم الدقيق في وقت إدخال الغاز، ودقة نسبة الغاز، والإدارة الصارمة لدرجة حرارة الترسيب. وبشكل خاص، مع تحسّن مستوى مقاومة جهد الجهاز، ازدادت صعوبة التحكم في معايير قلب الرقاقة الطبقية بشكل ملحوظ. بالإضافة إلى ذلك، ومع زيادة سمك الطبقة الطبقية، أصبح التحكم في اتساق المقاومة وتقليل كثافة العيوب مع ضمان السُمك تحديًا رئيسيًا آخر. في نظام التحكم الكهربائي، من الضروري دمج أجهزة استشعار ومشغلات عالية الدقة لضمان إمكانية تنظيم مختلف المعايير بدقة وثبات. وفي الوقت نفسه، يُعدّ تحسين خوارزمية التحكم أمرًا بالغ الأهمية، حيث يجب أن تكون قادرة على ضبط استراتيجية التحكم آنيًا وفقًا لإشارة التغذية الراجعة للتكيف مع مختلف التغيرات في عملية نموّ كربيد السيليكون الطبقي.
الصعوبات الرئيسية فيركيزة كربيد السيليكونتصنيع:
وقت النشر: ٧ يونيو ٢٠٢٤