O forno de crescimento de cristais é o equipamento principal paracarboneto de silícioCrescimento de cristais. É semelhante ao forno tradicional de crescimento de cristais de silício cristalino. A estrutura do forno não é muito complexa. É composto principalmente pelo corpo do forno, sistema de aquecimento, mecanismo de transmissão da bobina, sistema de aquisição e medição de vácuo, sistema de passagem de gás, sistema de resfriamento, sistema de controle, etc. O campo térmico e as condições do processo determinam os principais indicadores decristal de carboneto de silíciocomo qualidade, tamanho, condutividade e assim por diante.
Por um lado, a temperatura durante o crescimento decristal de carboneto de silícioé muito alto e não pode ser monitorado. Portanto, a principal dificuldade reside no próprio processo. As principais dificuldades são as seguintes:
(1) Dificuldade no controle do campo térmico:
O monitoramento da cavidade fechada de alta temperatura é difícil e incontrolável. Diferentemente dos equipamentos tradicionais de crescimento de cristais por tração direta em solução à base de silício, com alto grau de automação e processo de crescimento de cristais observável e controlável, os cristais de carboneto de silício crescem em um espaço fechado em um ambiente de alta temperatura acima de 2.000°C, e a temperatura de crescimento precisa ser controlada com precisão durante a produção, o que dificulta o controle da temperatura.
(2) Dificuldade no controle da forma cristalina:
Micropipes, inclusões polimórficas, discordâncias e outros defeitos são propensos a ocorrer durante o processo de crescimento, e eles afetam e evoluem uns aos outros. Micropipes (MP) são defeitos do tipo passante com um tamanho de vários micrômetros a dezenas de micrômetros, que são defeitos fatais de dispositivos. Os monocristais de carboneto de silício incluem mais de 200 formas cristalinas diferentes, mas apenas algumas estruturas cristalinas (tipo 4H) são os materiais semicondutores necessários para a produção. A transformação da forma cristalina é fácil de ocorrer durante o processo de crescimento, resultando em defeitos de inclusão polimórfica. Portanto, é necessário controlar com precisão parâmetros como a razão silício-carbono, gradiente de temperatura de crescimento, taxa de crescimento do cristal e pressão do fluxo de ar. Além disso, há um gradiente de temperatura no campo térmico do crescimento do monocristal de carboneto de silício, o que leva ao estresse interno nativo e às discordâncias resultantes (discordância do plano basal BPD, discordância do parafuso TSD, discordância da borda TED) durante o processo de crescimento do cristal, afetando assim a qualidade e o desempenho da epitaxia e dispositivos subsequentes.
(3) Controle de doping difícil:
A introdução de impurezas externas deve ser rigorosamente controlada para obter um cristal condutor com dopagem direcional;
(4) Taxa de crescimento lenta:
A taxa de crescimento do carboneto de silício é muito lenta. Os materiais de silício tradicionais precisam de apenas 3 dias para se transformarem em uma haste de cristal, enquanto as hastes de cristal de carboneto de silício precisam de 7 dias. Isso leva a uma eficiência de produção naturalmente menor de carboneto de silício e a uma produção muito limitada.
Por outro lado, os parâmetros do crescimento epitaxial de carboneto de silício são extremamente exigentes, incluindo a estanqueidade do equipamento, a estabilidade da pressão do gás na câmara de reação, o controle preciso do tempo de introdução do gás, a precisão da relação gás-gás e o gerenciamento rigoroso da temperatura de deposição. Em particular, com a melhoria do nível de resistência de tensão do dispositivo, a dificuldade de controlar os parâmetros centrais do wafer epitaxial aumentou significativamente. Além disso, com o aumento da espessura da camada epitaxial, como controlar a uniformidade da resistividade e reduzir a densidade de defeitos, garantindo a espessura, tornou-se outro grande desafio. No sistema de controle eletrificado, é necessário integrar sensores e atuadores de alta precisão para garantir que vários parâmetros possam ser regulados de forma precisa e estável. Ao mesmo tempo, a otimização do algoritmo de controle também é crucial. Ele precisa ser capaz de ajustar a estratégia de controle em tempo real de acordo com o sinal de feedback para se adaptar às várias mudanças no processo de crescimento epitaxial de carboneto de silício.
Principais dificuldades emsubstrato de carboneto de silíciofabricação:
Horário da publicação: 07/06/2024