Der Kristallzüchtungsofen ist die Kernausrüstung fürSiliziumkarbidKristallwachstum. Es ähnelt dem traditionellen Kristallwachstumsofen für kristallines Silizium. Der Ofenaufbau ist nicht sehr komplex. Er besteht hauptsächlich aus Ofenkörper, Heizsystem, Spulenübertragungsmechanismus, Vakuumerfassungs- und Messsystem, Gaswegsystem, Kühlsystem, Steuerungssystem usw. Das thermische Feld und die Prozessbedingungen bestimmen die Schlüsselindikatoren vonSiliziumkarbidkristallwie Qualität, Größe, Leitfähigkeit und so weiter.
Einerseits ist die Temperatur während des Wachstums vonSiliziumkarbidkristallist sehr hoch und kann nicht überwacht werden. Daher liegt die Hauptschwierigkeit im Prozess selbst. Die Hauptschwierigkeiten sind folgende:
(1) Schwierigkeiten bei der Steuerung des Wärmefelds:
Die Überwachung des geschlossenen Hochtemperaturhohlraums ist schwierig und unkontrollierbar. Im Gegensatz zu herkömmlichen Direktzieh-Kristallzüchtungsanlagen auf Siliziumbasis mit hohem Automatisierungsgrad und beobachtbarem und kontrollierbarem Kristallwachstumsprozess wachsen Siliziumkarbidkristalle in einem geschlossenen Raum in einer Hochtemperaturumgebung über 2.000 °C. Die Wachstumstemperatur muss während der Produktion präzise kontrolliert werden, was die Temperaturkontrolle erschwert.
(2) Schwierigkeiten bei der Kontrolle der Kristallform:
Mikropipes, polymorphe Einschlüsse, Versetzungen und andere Defekte treten häufig während des Wachstumsprozesses auf und beeinflussen und entwickeln sich gegenseitig. Mikropipes (MP) sind durchgehende Defekte mit einer Größe von mehreren Mikrometern bis zu mehreren zehn Mikrometern, die zu den tödlichsten Defekten in Bauteilen zählen. Siliziumkarbid-Einkristalle umfassen über 200 verschiedene Kristallformen, aber nur wenige Kristallstrukturen (Typ 4H) sind die für die Produktion benötigten Halbleitermaterialien. Während des Wachstumsprozesses kann es leicht zu Kristallformumwandlungen kommen, die polymorphe Einschlussdefekte zur Folge haben. Daher ist es notwendig, Parameter wie Silizium-Kohlenstoff-Verhältnis, Wachstumstemperaturgradient, Kristallwachstumsrate und Luftströmungsdruck genau zu kontrollieren. Darüber hinaus entsteht im thermischen Feld des Wachstums von Siliziumkarbid-Einkristallen ein Temperaturgradient, der während des Kristallwachstums zu nativen inneren Spannungen und den daraus resultierenden Versetzungen (Basalebenenversetzung BPD, Schraubenversetzung TSD, Randversetzung TED) führt und dadurch die Qualität und Leistung der nachfolgenden Epitaxie und der Bauteile beeinträchtigt.
(3) Schwierige Dopingkontrolle:
Um einen leitfähigen Kristall mit gerichteter Dotierung zu erhalten, muss die Einführung externer Verunreinigungen streng kontrolliert werden.
(4) Langsames Wachstum:
Die Wachstumsrate von Siliziumkarbid ist sehr langsam. Herkömmliche Siliziummaterialien benötigen nur drei Tage, um zu einem Kristallstab heranzuwachsen, während Siliziumkarbid-Kristallstäbe sieben Tage benötigen. Dies führt naturgemäß zu einer geringeren Produktionseffizienz von Siliziumkarbid und einer sehr begrenzten Ausbeute.
Andererseits sind die Parameter des epitaktischen Wachstums von Siliziumkarbid extrem anspruchsvoll, einschließlich der Luftdichtheit der Anlage, der Stabilität des Gasdrucks in der Reaktionskammer, der präzisen Steuerung der Gaseinleitungszeit, der Genauigkeit des Gasverhältnisses und der strikten Kontrolle der Abscheidungstemperatur. Insbesondere mit der Verbesserung der Spannungsfestigkeit des Geräts ist die Kontrolle der Kernparameter des epitaktischen Wafers deutlich schwieriger geworden. Darüber hinaus ist mit zunehmender Dicke der epitaktischen Schicht die Kontrolle der Gleichmäßigkeit des spezifischen Widerstands und die Reduzierung der Defektdichte bei gleichbleibender Dicke zu einer weiteren großen Herausforderung geworden. In das elektrische Steuerungssystem müssen hochpräzise Sensoren und Aktoren integriert werden, um eine genaue und stabile Regelung verschiedener Parameter zu gewährleisten. Gleichzeitig ist die Optimierung des Steuerungsalgorithmus von entscheidender Bedeutung. Er muss in der Lage sein, die Steuerungsstrategie in Echtzeit entsprechend dem Rückkopplungssignal anzupassen, um sich an verschiedene Änderungen im epitaktischen Wachstumsprozess von Siliziumkarbid anzupassen.
Hauptschwierigkeiten inSiliziumkarbidsubstratHerstellung:
Beitragszeit: 07.06.2024