De kristalgroeioven is de kernuitrusting voorsiliciumcarbideKristalgroei. Het is vergelijkbaar met de traditionele oven voor de groei van kristallijn silicium. De ovenstructuur is niet erg complex. Deze bestaat hoofdzakelijk uit een ovenlichaam, een verwarmingssysteem, een spoeltransportmechanisme, een vacuümmeet- en -opvangsysteem, een gasstroomsysteem, een koelsysteem, een besturingssysteem, enzovoort. Het thermische veld en de procesomstandigheden bepalen de belangrijkste indicatoren.siliciumcarbidekristalzoals kwaliteit, grootte, geleidbaarheid, enzovoort.
Enerzijds is de temperatuur tijdens de groei vansiliciumcarbidekristalis zeer hoog en kan niet worden gecontroleerd. Daarom ligt de grootste moeilijkheid in het proces zelf. De belangrijkste moeilijkheden zijn als volgt:
(1) Moeilijkheden bij de beheersing van het thermische veld:
Het bewaken van de gesloten hogetemperatuurholte is moeilijk en oncontroleerbaar. Anders dan de traditionele, op silicium gebaseerde direct-pull kristalgroeiapparatuur met een hoge mate van automatisering en een observeerbaar en controleerbaar kristalgroeiproces, groeien siliciumcarbidekristallen in een gesloten ruimte in een omgeving met een hoge temperatuur van meer dan 2000 °C. De groeitemperatuur moet tijdens de productie nauwkeurig worden geregeld, wat temperatuurbeheersing lastig maakt.
(2) Moeilijkheden bij het beheersen van de kristalvorm:
Micropijpen, polymorfe insluitingen, dislocaties en andere defecten kunnen tijdens het groeiproces ontstaan en beïnvloeden elkaar. Micropijpen (MP) zijn doorlopende defecten met een grootte van enkele micrometers tot tientallen micrometers, die funest zijn voor apparaten. Siliciumcarbide-eenkristallen kennen meer dan 200 verschillende kristalvormen, maar slechts enkele kristalstructuren (type 4H) zijn geschikt als halfgeleidermateriaal voor productie. Kristalvormtransformatie treedt gemakkelijk op tijdens het groeiproces, wat resulteert in polymorfe insluitingen. Daarom is het noodzakelijk om parameters zoals de silicium-koolstofverhouding, de temperatuurgradiënt tijdens de groei, de kristalgroeisnelheid en de luchtstroomdruk nauwkeurig te controleren. Bovendien is er een temperatuurgradiënt in het thermische veld van de siliciumcarbide-eenkristalgroei, wat leidt tot interne spanningen en de daaruit voortvloeiende dislocaties (basale vlakdislocaties BPD, schroefdislocaties TSD, randdislocaties TED) tijdens het kristalgroeiproces, waardoor de kwaliteit en prestaties van de daaropvolgende epitaxie en apparaten worden beïnvloed.
(3) Moeilijke dopingcontrole:
De introductie van externe onzuiverheden moet strikt gecontroleerd worden om een geleidend kristal met gerichte dotering te verkrijgen;
(4) Trage groeisnelheid:
De groeisnelheid van siliciumcarbide is erg laag. Traditionele siliciummaterialen hebben slechts 3 dagen nodig om uit te groeien tot een kristalstaaf, terwijl siliciumcarbidekristalstaven daar 7 dagen voor nodig hebben. Dit leidt van nature tot een lagere productie-efficiëntie van siliciumcarbide en een zeer beperkte output.
Aan de andere kant zijn de parameters voor de epitaxiale groei van siliciumcarbide extreem veeleisend, waaronder de luchtdichtheid van de apparatuur, de stabiliteit van de gasdruk in de reactiekamer, de nauwkeurige controle van de gasintroductietijd, de nauwkeurigheid van de gasverhouding en de strikte beheersing van de depositietemperatuur. Met name door de verbetering van de spanningsweerstand van het apparaat is de moeilijkheid om de kernparameters van de epitaxiale wafer te beheersen aanzienlijk toegenomen. Bovendien is het, met de toename van de dikte van de epitaxiale laag, een grote uitdaging geworden om de uniformiteit van de soortelijke weerstand te beheersen en de defectdichtheid te verminderen, terwijl de dikte behouden blijft. In een elektrisch besturingssysteem is het noodzakelijk om zeer nauwkeurige sensoren en actuatoren te integreren om ervoor te zorgen dat verschillende parameters nauwkeurig en stabiel kunnen worden geregeld. Tegelijkertijd is de optimalisatie van het besturingsalgoritme cruciaal. Het moet de besturingsstrategie in realtime kunnen aanpassen aan de hand van feedbacksignalen om te kunnen inspelen op diverse veranderingen in het epitaxiale groeiproces van siliciumcarbide.
Belangrijkste moeilijkheden insiliciumcarbide substraatproductie:
Geplaatst op: 7 juni 2024