Il forno per la crescita dei cristalli è l'attrezzatura principale percarburo di siliciocrescita cristallina. È simile al tradizionale forno di crescita cristallina di grado silicio cristallino. La struttura del forno non è molto complicata. 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, dimensioni, 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 difficoltà principali 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 per la crescita di cristalli a estrazione diretta basate su soluzioni di 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:
Micropori, inclusioni polimorfiche, dislocazioni e altri difetti tendono a verificarsi durante il processo di crescita e si influenzano e si evolvono reciprocamente. I micropori (MP) sono difetti passanti con dimensioni da pochi micron a decine di micron, che rappresentano difetti critici per i dispositivi. I monocristalli di carburo di silicio comprendono oltre 200 diverse forme cristalline, ma solo alcune strutture cristalline (tipo 4H) sono i materiali semiconduttori richiesti per la produzione. La trasformazione della forma cristallina si verifica facilmente durante il processo di crescita, con conseguente formazione di difetti di inclusione polimorfica. Pertanto, è necessario controllare con precisione parametri quali il rapporto silicio-carbonio, il gradiente di temperatura di crescita, la velocità di crescita del cristallo e la pressione del flusso d'aria. Inoltre, nel campo termico di crescita del monocristallo di carburo di silicio è presente un gradiente di temperatura che genera tensioni interne intrinseche e le conseguenti dislocazioni (dislocazioni del piano basale BPD, dislocazioni a vite TSD, dislocazioni a spigolo TED) durante il processo di crescita del cristallo, influenzando così la qualità e le prestazioni dell'epitassia e dei dispositivi successivi.
(3) Difficile controllo antidoping:
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 di silicio tradizionali impiegano solo 3 giorni per crescere fino a formare una barra cristallina, mentre per le barre cristalline di carburo di silicio ne occorrono 7. Ciò comporta una minore efficienza produttiva del carburo di silicio e una produzione molto limitata.
D'altro canto, i parametri della crescita epitassiale del carburo di silicio sono estremamente esigenti e includono la tenuta all'aria 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 tra i gas 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, come controllare l'uniformità della resistività e ridurre la densità dei difetti, garantendo al contempo lo spessore, è diventata un'altra sfida importante. Nel sistema di controllo elettrico, è necessario integrare sensori e attuatori ad alta precisione per garantire che i vari parametri possano essere regolati in modo accurato e stabile. Allo stesso tempo, è fondamentale anche l'ottimizzazione dell'algoritmo di controllo. Deve essere in grado di regolare la strategia di controllo in tempo reale in base al segnale di feedback per adattarsi alle varie variazioni nel processo di crescita epitassiale del carburo di silicio.
Le principali difficoltà insubstrato di carburo di silicioproduzione:
Data di pubblicazione: 7 giugno 2024