Il forno per la crescita dei cristalli è l'attrezzatura principale percarburo di silicioCrescita dei cristalli. È simile al tradizionale forno per la crescita dei cristalli di silicio cristallino. La struttura del forno non è molto complessa. È composto principalmente da corpo del forno, sistema di riscaldamento, meccanismo di trasmissione della bobina, sistema di acquisizione e misurazione del vuoto, sistema di percorso del gas, sistema di raffreddamento, sistema di controllo, ecc. Il campo termico e le condizioni di processo determinano gli indicatori chiave dicristallo di carburo di siliciocome qualità, dimensione, conduttività e così via.
Da un lato, la temperatura durante la crescita dicristallo di carburo di silicioè molto elevato e non può essere monitorato. Pertanto, la difficoltà principale risiede nel processo stesso. Le principali difficoltà sono le seguenti:
(1) Difficoltà nel controllo del campo termico:
Il monitoraggio della cavità chiusa ad alta temperatura è difficile e incontrollabile. A differenza delle tradizionali apparecchiature di crescita cristallina a trazione diretta basate su soluzioni al silicio, caratterizzate da un elevato grado di automazione e da un processo di crescita cristallina osservabile e controllabile, i cristalli di carburo di silicio crescono in uno spazio chiuso, in un ambiente ad alta temperatura superiore a 2.000 °C, e la temperatura di crescita deve essere controllata con precisione durante la produzione, il che rende difficile il controllo della temperatura.
(2) Difficoltà nel controllo della forma cristallina:
Durante il processo di crescita si verificano facilmente microtubi, inclusioni polimorfiche, dislocazioni e altri difetti, che si influenzano e si evolvono a vicenda. I microtubi (MP) sono difetti passanti con dimensioni da diversi micron a decine di micron, che rappresentano difetti fatali per i dispositivi. I monocristalli di carburo di silicio includono oltre 200 diverse forme cristalline, ma solo poche strutture cristalline (tipo 4H) costituiscono i materiali semiconduttori necessari per la produzione. La trasformazione della forma cristallina avviene facilmente durante il processo di crescita, con conseguenti difetti di inclusione polimorfica. Pertanto, è necessario controllare accuratamente parametri quali il rapporto silicio-carbonio, il gradiente di temperatura di crescita, la velocità di crescita dei cristalli e la pressione del flusso d'aria. Inoltre, nel campo termico della crescita dei monocristalli di carburo di silicio è presente un gradiente di temperatura, che porta a stress interno nativo e alle conseguenti dislocazioni (dislocazione del piano basale BPD, dislocazione a vite TSD, dislocazione del bordo TED) durante il processo di crescita dei cristalli, influenzando così la qualità e le prestazioni dell'epitassia e dei dispositivi successivi.
(3) Controllo antidoping difficile:
L'introduzione di impurità esterne deve essere rigorosamente controllata per ottenere un cristallo conduttivo con drogaggio direzionale;
(4) Tasso di crescita lento:
Il tasso di crescita del carburo di silicio è molto lento. I materiali tradizionali in silicio impiegano solo 3 giorni per trasformarsi in una barretta di cristallo, mentre le barrette di cristallo di carburo di silicio ne impiegano 7. Questo porta a un'efficienza produttiva naturalmente inferiore del carburo di silicio e a una produzione molto limitata.
D'altro canto, i parametri della crescita epitassiale del carburo di silicio sono estremamente esigenti, tra cui la tenuta stagna dell'apparecchiatura, la stabilità della pressione del gas nella camera di reazione, il controllo preciso del tempo di introduzione del gas, l'accuratezza del rapporto gas-aria e la gestione rigorosa della temperatura di deposizione. In particolare, con il miglioramento del livello di resistenza di tensione del dispositivo, la difficoltà di controllare i parametri fondamentali del wafer epitassiale è aumentata significativamente. Inoltre, con l'aumento dello spessore dello strato epitassiale, il controllo dell'uniformità della resistività e la riduzione della densità dei difetti, garantendo al contempo il mantenimento dello spessore, sono diventati un'altra sfida importante. Nel sistema di controllo elettrificato, è necessario integrare sensori e attuatori ad alta precisione per garantire la regolazione accurata e stabile di diversi parametri. Allo stesso tempo, anche l'ottimizzazione dell'algoritmo di controllo è fondamentale. Deve essere in grado di adattare la strategia di controllo in tempo reale in base al segnale di feedback per adattarsi alle diverse variazioni del processo di crescita epitassiale del carburo di silicio.
Principali difficoltà insubstrato di carburo di silicioproduzione:
Data di pubblicazione: 07-06-2024