Hva er en krystallvekstovn for silisiumkarbid (SiC)?

SiChar egenskapene stort båndgap, høy termisk ledningsevne, høy kritisk feltstyrke og høy elektronmetningsdrift. Den kan oppfylle brukskravene under høy temperatur, høyt trykk, høy frekvens og høy effekt. Den kan brukes mye i nye energikjøretøyer, solceller, industriell kontroll, radiofrekvenskommunikasjon og andre felt. Med den raske utviklingen av relaterte industrier har tredjegenerasjons halvledermarked representert av silisiumkarbid innledet nye muligheter.

Krystallvekst er kjerneleddet i produksjon av silisiumkarbidsubstrat, og kjerneutstyret er krystallvekstovnen. I likhet med tradisjonelle krystallvekstovner av krystallinsk silisiumkvalitet er ovnsstrukturen ikke veldig komplisert. Den består hovedsakelig av ovnshus, varmesystem, spoleoverføringsmekanisme, vakuumopptaks- og målesystem, gassbanesystem, kjølesystem, kontrollsystem, etc. Det termiske feltet og prosessforholdene bestemmer nøkkelindikatorene for silisiumkarbidkrystallkvalitet, størrelse, konduktivitet og andre nøkkelindikatorer.

Ⅰ. Vanskeligheter med silisiumkarbidkrystallvekstteknologi

Temperaturen på silisiumkarbidkrystallveksten er svært høy og kan ikke overvåkes, så hovedvanskeligheten ligger i selve prosessen:

(1)Vanskeligheter med å kontrollere det termiske feltetOvervåkingen av det lukkede høytemperaturhulrommet er vanskelig og ukontrollerbar. I motsetning til tradisjonelt silisiumbasert krystallvekstutstyr med løsning, som har en høy grad av automatisering og krystallvekstprosessen kan observeres, kontrolleres og justeres, vokser silisiumkarbidkrystaller i et lukket rom i et høytemperaturmiljø over 2000 °C, og veksttemperaturen må kontrolleres nøyaktig under produksjonen, noe som gjør temperaturkontroll vanskelig.

(2)Vanskeligheter med å kontrollere krystallformenMikrorør, 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 destruktive defekter for enheter. Silisiumkarbid-enkeltkrystaller inkluderer mer enn 200 forskjellige krystallformer, men bare noen få krystallstrukturer (4H-typen) er halvledermaterialene som kreves for produksjon. Krystallformtransformasjon er tilbøyelig til å forekomme under vekstprosessen, noe som resulterer i polymorfe inklusjonsdefekter. Derfor er det nødvendig å kontrollere parametere som silisium-karbon-forhold, veksttemperaturgradient, krystallveksthastighet og gasstrykk nøyaktig.

I tillegg er det en temperaturgradient i det termiske feltet til silisiumkarbid-enkeltkrystallvekst, noe som fører til naturlig indre spenning og de resulterende dislokasjonene (basalplandislokasjon BPD, skruedislokasjon TSD, kantdislokasjon TED) under krystallvekstprosessen, og dermed påvirker kvaliteten og ytelsen til påfølgende epitaksi og enheter.

(3)Vanskelig dopingkontrollInnføringen av eksterne urenheter må kontrolleres strengt for å oppnå en ledende krystall med retningsbestemt doping;

(4)Langsom vekstrateSilisiumkarbid har svært lav veksthastighet. Tradisjonellsilisiummaterialertrenger bare 3 dager for å vokse til en krystallstang, mens krystallstenger av silisiumkarbid trenger 7 dager. Dette fører til en naturlig lavere produksjonseffektivitet av 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 gassinnføringstiden, nøyaktigheten av gassforholdet og streng styring av avsetningstemperaturen. Spesielt med forbedringen av enhetens motstandsspenningsnivå 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 iepitaksial vekst av silisiumkarbidbehandle.

Ⅱ. De største vanskelighetene ved produksjon av silisiumkarbidsubstrater:

1. Veksttemperaturen er over 2000 ℃, som er dobbelt så høy som for silisium.

2. Krystallstangens tykkelse er liten i løpet av krystallvekstperioden, og en 2 cm silisiumkarbidkrystallstang vokser på 7 dager.

3. Kravene til krystalltypen er høye, og det finnes bare noen få enkeltkrystall silisiumkarbid med krystallstrukturer.

4. Skjæreslitasjen er høy, og silisiumkarbid har ekstremt høy hardhet.

Oppsummert bestemmer den dyre tidskostnaden og den komplekse prosesseringsteknologien den høye kostnaden for silisiumkarbidsubstrater, noe som begrenser bruken av silisiumkarbid.

III. Klassifisering av krystallvekstovner

I henhold til ulike oppvarmingsmetoder kan krystallvekstovner deles inn i induksjonstype og motstandstype. For tiden er det meste av utstyret på markedet av induksjonstype, som har fordelene med lav kostnad, enkel struktur, praktisk vedlikehold og høy termisk effektivitet. På grunn av den elektromagnetiske induksjonseffekten er imidlertid aksialtemperaturen og radialtemperaturen ved induksjonsoppvarming koblet sammen, og det er umulig å ta hensyn til både krystallveksthastigheten og krystallvekstkvaliteten.

Vekstplattformen for motstandstermisk felt kan nøyaktig kontrollere henholdsvis aksialtemperaturen og radialtemperaturen, noe som bidrar til vekst av store krystaller og forbedrer krystallveksthastigheten. Det er en av løsningene for fremtidig vekst av høy kvalitet på 8-tommers silisiumkarbidkrystaller.

Sammenligning mellom induksjonsmetoden og motstandsmetoden: