Hvad er en krystalvækstovn til siliciumcarbid (SiC)?

SiChar karakteristika som stort båndgab, høj termisk ledningsevne, høj kritisk gennemslagsfeltstyrke og høj elektronmætningsdriftshastighed. Det kan opfylde applikationskravene under høje temperaturer, højt tryk, høje frekvenser og høje effektforhold. Det kan anvendes i vid udstrækning i nye energikøretøjer, solceller, industriel kontrol, radiofrekvenskommunikation og andre områder. Med den hurtige udvikling af relaterede industrier har markedet for tredje generation af halvledere, som repræsenteres af siliciumcarbid, indvarslet nye muligheder.

Krystalvækst er kernen i produktionen af ​​siliciumcarbidsubstrater, og kerneudstyret er krystalvækstovnen. I lighed med traditionelle krystalvækstovne af krystallinsk siliciumkvalitet er ovnstrukturen ikke særlig kompliceret. Den består hovedsageligt af ovnhus, varmesystem, spoletransmissionsmekanisme, vakuumopsamlings- og målesystem, gasbanesystem, kølesystem, styresystem osv. Det termiske felt og procesforholdene bestemmer nøgleindikatorerne for siliciumcarbidkrystalkvalitet, størrelse, ledningsevne og andre nøgleindikatorer.

Ⅰ. Vanskeligheder med siliciumcarbidkrystalvækstteknologi

Temperaturen for siliciumcarbidkrystalvæksten er meget høj og kan ikke overvåges, så den største vanskelighed ligger i selve processen:

(1)Vanskeligheder med at kontrollere det termiske feltOvervågningen af ​​det lukkede højtemperaturhulrum er vanskelig og ukontrollerbar. I modsætning til det traditionelle siliciumbaserede krystalvækstudstyr, der trækkes med opløsning, og som har en høj grad af automatisering, og hvor krystalvækstprocessen kan observeres, kontrolleres og justeres, vokser siliciumcarbidkrystaller i et lukket rum i et højtemperaturmiljø over 2.000 °C, og væksttemperaturen skal kontrolleres præcist under produktionen, hvilket gør temperaturstyring vanskelig.

(2)Vanskeligheder med at kontrollere krystalformenMikrorør, polymorfe indeslutninger, dislokationer og andre defekter er tilbøjelige til at opstå under vækstprocessen, og de påvirker og udvikler hinanden. Mikrorør (MP) er gennemgående defekter med en størrelse fra flere mikrometer til ti mikrometer, som er afgørende defekter for enheder. Siliciumcarbid-enkeltkrystaller omfatter mere end 200 forskellige krystalformer, men kun få krystalstrukturer (4H-typen) er de halvledermaterialer, der kræves til produktion. Krystalformtransformation er tilbøjelig til at forekomme under vækstprocessen, hvilket resulterer i polymorfe inklusionsdefekter. Derfor er det nødvendigt nøjagtigt at kontrollere parametre som silicium-kulstof-forhold, væksttemperaturgradient, krystalvæksthastighed og gasstrømningstryk.

Derudover er der en temperaturgradient i det termiske felt af siliciumcarbid-enkeltkrystalvækst, hvilket fører til nativ intern spænding og de resulterende dislokationer (basalplandislokation BPD, skruedislokation TSD, kantdislokation TED) under krystalvækstprocessen, hvilket påvirker kvaliteten og ydeevnen af ​​​​efterfølgende epitaksi og anordninger.

(3)Vanskelig dopingkontrolIndføringen af ​​eksterne urenheder skal kontrolleres strengt for at opnå en ledende krystal med retningsbestemt doping;

(4)Langsom vækstrateSiliciumcarbids væksthastighed er meget langsom. Traditionelsiliciummaterialerbehøver kun 3 dage for at vokse til en krystalstang, mens krystalstænger af siliciumcarbid behøver 7 dage. Dette fører til en naturligt lavere produktionseffektivitet af siliciumcarbid og meget begrænset output.

På den anden side er parametrene for siliciumcarbids epitaksiale vækst ekstremt krævende, herunder udstyrets lufttæthed, stabiliteten af ​​gastrykket i reaktionskammeret, den præcise kontrol af gasindføringstiden, nøjagtigheden af ​​gasforholdet og den strenge styring af aflejringstemperaturen. Især med forbedringen af ​​anordningens modstandsspændingsniveau er vanskeligheden ved at kontrollere kerneparametrene for den epitaksiale wafer steget betydeligt.

Derudover er det med stigningen i tykkelsen af ​​det epitaksiale lag blevet en anden stor udfordring at kontrollere ensartetheden af ​​resistiviteten og reducere defekttætheden, samtidig med at tykkelsen sikres. I det elektrificerede styresystem er det nødvendigt at integrere højpræcisionssensorer og aktuatorer for at sikre, at forskellige parametre kan reguleres præcist og stabilt. Samtidig er optimering af styrealgoritmen også afgørende. Det er nødvendigt at kunne justere styrestrategien i realtid i henhold til feedbacksignalet for at tilpasse sig forskellige ændringer i...epitaksial vækst af siliciumcarbidbehandle.

2. De største vanskeligheder ved fremstilling af siliciumcarbidsubstrater:

1. Væksttemperaturen er over 2000 ℃, hvilket er dobbelt så højt som siliciums.

2. Krystalstangens tykkelse er lille i krystalvækstperioden, og en 2 cm siliciumcarbidkrystalstang vokser på 7 dage.

3. Kravene til krystaltypen er høje, og der findes kun få enkeltkrystal siliciumcarbid med krystalstrukturer.

4. Skæreslitaget er højt, og siliciumcarbid har ekstremt høj hårdhed.

Kort sagt bestemmer den dyre tidsomkostninger og den komplekse forarbejdningsteknologi de høje omkostninger ved siliciumcarbidsubstrater, hvilket begrænser anvendelsen af ​​siliciumcarbid.

III. Klassificering af krystalvækstovne

Ifølge forskellige opvarmningsmetoder kan krystalvækstovne opdeles i induktionstype og modstandstype. I øjeblikket er det meste udstyr på markedet af induktionstypen, hvilket har fordelene ved lav pris, enkel struktur, nem vedligeholdelse og høj termisk effektivitet. På grund af den elektromagnetiske induktionseffekt er den aksiale temperatur og den radiale temperatur ved induktionsopvarmning imidlertid koblet sammen, og det er umuligt at tage højde for både krystalvæksthastigheden og krystalvækstkvaliteten.

Modstandstermisk feltvækstplatformen kan nøjagtigt styre henholdsvis den aksiale temperatur og den radiale temperatur, hvilket er befordrende for væksten af ​​store krystaller og forbedrer krystalvæksthastigheden. Det er en af ​​løsningerne til fremtidens 8-tommer siliciumcarbidkrystalvækst af høj kvalitet.

Sammenligning mellem induktionsmetode og modstandsmetode: