Krystallvekstovnen er kjerneutstyret forsilisiumkarbidkrystallvekst. Det ligner på den tradisjonelle krystallvekstovnen av krystallinsk silisiumkvalitet. Ovnstrukturen er ikke veldig komplisert. Den består hovedsakelig av ovnshus, varmesystem, spoleoverføringsmekanisme, vakuumopptaks- og målesystem, gassbanesystem, kjølesystem, kontrollsystem, etc. Det termiske feltet og prosessforholdene bestemmer nøkkelindikatorene forsilisiumkarbidkrystallsom kvalitet, størrelse, konduktivitet og så videre.
På den ene siden temperaturen under veksten avsilisiumkarbidkrystaller svært høy og kan ikke overvåkes. Derfor ligger hovedvanskeligheten i selve prosessen. Hovedvanskene er som følger:
(1) Vanskeligheter med termisk feltkontroll:
Overvåkingen av det lukkede høytemperaturhulrommet er vanskelig og ukontrollerbar. I motsetning til tradisjonelt silisiumbasert løsningsutstyr med direkte krystallvekst med høy grad av automatisering og observerbar og kontrollerbar krystallvekstprosess, vokser silisiumkarbidkrystaller i et lukket rom i et høytemperaturmiljø over 2000 ℃, og veksttemperaturen må kontrolleres nøyaktig under produksjonen, noe som gjør temperaturkontroll vanskelig.
(2) Vanskeligheter med krystallformkontroll:
Mikrorør, polymorfe inneslutninger, dislokasjoner og andre defekter er tilbøyelige til å oppstå under vekstprosessen, og de påvirker og utvikler hverandre. Mikrorør (MP) er gjennomgående defekter med en størrelse fra flere mikron til titalls mikron, som er de utløsende defektene i komponenter. Silisiumkarbid-enkeltkrystaller inkluderer mer enn 200 forskjellige krystallformer, men bare noen få krystallstrukturer (4H-typen) er halvledermaterialene som kreves for produksjon. Krystallformtransformasjon skjer lett under vekstprosessen, noe som resulterer i polymorfe inklusjonsdefekter. Derfor er det nødvendig å kontrollere parametere som silisium-karbon-forhold, veksttemperaturgradient, krystallveksthastighet og luftstrømningstrykk nøyaktig. I tillegg er det en temperaturgradient i det termiske feltet til silisiumkarbid-enkeltkrystallvekst, som fører til naturlig indre spenning og resulterende dislokasjoner (basalplandislokasjon BPD, skruedislokasjon TSD, kantdislokasjon TED) under krystallvekstprosessen, og dermed påvirker kvaliteten og ytelsen til påfølgende epitaksi og komponenter.
(3) Vanskelig dopingkontroll:
Innføringen av eksterne urenheter må kontrolleres strengt for å oppnå en ledende krystall med retningsbestemt doping;
(4) Langsom vekstrate:
Veksthastigheten til silisiumkarbid er svært langsom. Tradisjonelle silisiummaterialer trenger bare 3 dager på å vokse til en krystallstang, mens krystallstenger av silisiumkarbid trenger 7 dager. Dette fører til en naturlig lavere produksjonseffektivitet for silisiumkarbid og svært begrenset produksjon.
På den annen side er parametrene for epitaksialvekst av silisiumkarbid ekstremt krevende, inkludert utstyrets lufttetthet, stabiliteten til gasstrykket i reaksjonskammeret, presis kontroll av gassinnføringstidspunktet, nøyaktigheten av gassforholdet og streng styring av avsetningstemperaturen. Spesielt med forbedringen av enhetens spenningsmotstandsnivå har vanskeligheten med å kontrollere kjerneparametrene til den epitaksiale waferen økt betydelig. I tillegg, med økningen i tykkelsen på det epitaksiale laget, har det blitt en annen stor utfordring å kontrollere ensartetheten av resistiviteten og redusere defekttettheten samtidig som tykkelsen sikres. I det elektrifiserte kontrollsystemet er det nødvendig å integrere høypresisjonssensorer og aktuatorer for å sikre at ulike parametere kan reguleres nøyaktig og stabilt. Samtidig er optimalisering av kontrollalgoritmen også avgjørende. Den må kunne justere kontrollstrategien i sanntid i henhold til tilbakemeldingssignalet for å tilpasse seg ulike endringer i den epitaksiale vekstprosessen av silisiumkarbid.
Hovedvanskene isilisiumkarbidsubstratproduksjon:
Publisert: 07.06.2024