El horno de crecimiento de cristales es el equipo principal paracarburo de siliciocrecimiento de cristales. Es similar al horno tradicional de crecimiento de cristales de silicio cristalino. La estructura del horno no es muy complicada. Se compone principalmente de cuerpo del horno, sistema de calentamiento, mecanismo de transmisión de bobina, sistema de adquisición y medición de vacío, sistema de trayectoria de gas, sistema de enfriamiento, sistema de control, etc. El campo térmico y las condiciones del proceso determinan los indicadores clave decristal de carburo de siliciocomo la calidad, el tamaño, la conductividad, etc.
Por un lado, la temperatura durante el crecimiento decristal de carburo de silicioes muy elevado y no se puede controlar. Por lo tanto, la principal dificultad reside en el proceso en sí. Las principales dificultades son las siguientes:
(1) Dificultad en el control del campo térmico:
La monitorización de la cavidad cerrada de alta temperatura es difícil e incontrolable. A diferencia de los equipos tradicionales de crecimiento de cristales por extracción directa de soluciones basadas en silicio, que cuentan con un alto grado de automatización y un proceso de crecimiento de cristales observable y controlable, los cristales de carburo de silicio crecen en un espacio cerrado en un entorno de alta temperatura superior a 2000 ℃, y la temperatura de crecimiento debe controlarse con precisión durante la producción, lo que dificulta el control de la temperatura;
(2) Dificultad en el control de la forma cristalina:
Las micropipas, las inclusiones polimórficas, las dislocaciones y otros defectos son propensos a aparecer durante el proceso de crecimiento, y se influyen y evolucionan mutuamente. Las micropipas (MP) son defectos pasantes con un tamaño de varias micras a decenas de micras, que son defectos críticos para los dispositivos. Los monocristales de carburo de silicio incluyen más de 200 formas cristalinas diferentes, pero solo unas pocas estructuras cristalinas (tipo 4H) son los materiales semiconductores necesarios para la producción. La transformación de la forma cristalina es fácil de ocurrir durante el proceso de crecimiento, lo que da lugar a defectos de inclusión polimórfica. Por lo tanto, es necesario controlar con precisión parámetros como la relación silicio-carbono, el gradiente de temperatura de crecimiento, la velocidad de crecimiento del cristal y la presión del flujo de aire. Además, existe un gradiente de temperatura en el campo térmico del crecimiento del monocristal de carburo de silicio, que conduce a tensiones internas intrínsecas y a las dislocaciones resultantes (dislocación del plano basal BPD, dislocación helicoidal TSD, dislocación de borde TED) durante el proceso de crecimiento del cristal, afectando así la calidad y el rendimiento de la epitaxia y los dispositivos posteriores.
(3) Control de dopaje difícil:
La introducción de impurezas externas debe controlarse estrictamente para obtener un cristal conductor con dopaje direccional;
(4) Tasa de crecimiento lenta:
El crecimiento del carburo de silicio es muy lento. Los materiales de silicio tradicionales solo necesitan 3 días para formar una varilla cristalina, mientras que las varillas de carburo de silicio requieren 7 días. Esto conlleva una menor eficiencia de producción y una producción muy limitada.
Por otro lado, los parámetros del crecimiento epitaxial de carburo de silicio son extremadamente exigentes, incluyendo la hermeticidad del equipo, la estabilidad de la presión del gas en la cámara de reacción, el control preciso del tiempo de introducción del gas, la exactitud de la proporción de gas y la gestión estricta de la temperatura de deposición. En particular, con la mejora del nivel de resistencia de voltaje del dispositivo, la dificultad para controlar los parámetros clave de la oblea epitaxial ha aumentado significativamente. Además, con el aumento del espesor de la capa epitaxial, controlar la uniformidad de la resistividad y reducir la densidad de defectos, manteniendo el espesor, se ha convertido en otro gran desafío. En el sistema de control electrificado, es necesario integrar sensores y actuadores de alta precisión para garantizar que los diversos parámetros se puedan regular de forma precisa y estable. Al mismo tiempo, la optimización del algoritmo de control también es crucial. Debe ser capaz de ajustar la estrategia de control en tiempo real según la señal de retroalimentación para adaptarse a los diversos cambios en el proceso de crecimiento epitaxial de carburo de silicio.
Principales dificultades ensustrato de carburo de siliciofabricación:
Fecha de publicación: 7 de junio de 2024