Le four de croissance cristalline est l'équipement de base pourcarbure de siliciumCroissance cristalline. Ce four est similaire au four traditionnel de croissance cristalline de silicium cristallin. Sa structure est simple. Il se compose principalement du corps du four, du système de chauffage, du mécanisme de transmission à bobine, du système d'acquisition et de mesure du vide, du système de circulation des gaz, du système de refroidissement et du système de contrôle, etc. Le champ thermique et les conditions du procédé déterminent les indicateurs clés de la croissance cristalline.cristal de carbure de siliciumcomme la qualité, la taille, la conductivité, etc.
D’une part, la température pendant la croissance decristal de carbure de siliciumest très élevé et ne peut être surveillé. La principale difficulté réside donc dans le processus lui-même. Les principales difficultés sont les suivantes :
(1) Difficulté de contrôle du champ thermique :
La surveillance d'une cavité fermée à haute température est difficile et incontrôlable. Contrairement aux équipements traditionnels de croissance cristalline directe à base de silicium, hautement automatisés et dont le processus de croissance cristalline est observable et contrôlable, les cristaux de carbure de silicium croissent en espace clos, à des températures supérieures à 2 000 °C. La température de croissance doit être contrôlée avec précision pendant la production, ce qui complique le contrôle de la température.
(2) Difficulté de contrôle de la forme cristalline :
Des microtubes, des inclusions polymorphes, des dislocations et d'autres défauts sont susceptibles d'apparaître pendant le processus de croissance, et ils s'influencent et évoluent mutuellement. Les microtubes (MP) sont des défauts traversants, d'une taille de quelques microns à quelques dizaines de microns, qui constituent des défauts majeurs pour les dispositifs. Les monocristaux de carbure de silicium comprennent plus de 200 formes cristallines différentes, mais seules quelques structures cristallines (de type 4H) constituent les matériaux semi-conducteurs nécessaires à leur production. La transformation de la forme cristalline est facile à observer pendant le processus de croissance, ce qui entraîne des défauts d'inclusion polymorphes. Il est donc nécessaire de contrôler avec précision des paramètres tels que le rapport silicium-carbone, le gradient de température de croissance, la vitesse de croissance cristalline et la pression du flux d'air. De plus, il existe un gradient de température dans le champ thermique de croissance des monocristaux de carbure de silicium, ce qui entraîne des contraintes internes natives et les dislocations qui en résultent (dislocation du plan basal BPD, dislocation vis TSD, dislocation de bord TED) pendant le processus de croissance cristalline, affectant ainsi la qualité et les performances de l'épitaxie et des dispositifs ultérieurs.
(3) Contrôle antidopage difficile :
L'introduction d'impuretés externes doit être strictement contrôlée pour obtenir un cristal conducteur avec dopage directionnel ;
(4) Taux de croissance lent :
La vitesse de croissance du carbure de silicium est très lente. Les matériaux traditionnels en silicium ne nécessitent que 3 jours pour se transformer en barreau cristallin, tandis que les barreaux de carbure de silicium nécessitent 7 jours. Cela entraîne une baisse naturelle de l'efficacité de production du carbure de silicium et une production très limitée.
D'autre part, les paramètres de la croissance épitaxiale du carbure de silicium sont extrêmement exigeants, notamment l'étanchéité de l'équipement, la stabilité de la pression du gaz dans la chambre de réaction, le contrôle précis du temps d'introduction du gaz, la précision du rapport gaz/gaz et la gestion rigoureuse de la température de dépôt. En particulier, avec l'amélioration de la résistance en tension du dispositif, la difficulté de contrôler les paramètres clés de la plaquette épitaxiale s'est considérablement accrue. De plus, avec l'augmentation de l'épaisseur de la couche épitaxiale, contrôler l'uniformité de la résistivité et réduire la densité de défauts tout en garantissant l'épaisseur est devenu un autre défi majeur. Dans le système de contrôle électrifié, il est nécessaire d'intégrer des capteurs et des actionneurs de haute précision pour garantir une régulation précise et stable des différents paramètres. Parallèlement, l'optimisation de l'algorithme de contrôle est également cruciale. Il doit être capable d'ajuster la stratégie de contrôle en temps réel en fonction du signal de rétroaction afin de s'adapter aux différentes variations du processus de croissance épitaxiale du carbure de silicium.
Principales difficultés danssubstrat en carbure de siliciumfabrication:
Date de publication : 07/06/2024