O forno de crescimento de cristais é o equipamento principal paracarbeto 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 composta principalmente por corpo do forno, sistema de aquecimento, mecanismo de transmissão da bobina, sistema de aquisição e medição de vácuo, sistema de fluxo de gás, sistema de resfriamento, sistema de controle, etc. O campo térmico e as condições do processo determinam os principais indicadores decristal de carbeto de silíciocomo qualidade, tamanho, condutividade e assim por diante.
Por um lado, a temperatura durante o crescimento decristal de carbeto de silícioé muito alta e não pode ser monitorada. 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 em alta temperatura é difícil e incontrolável. Diferentemente dos equipamentos tradicionais de crescimento de cristais por extração direta em solução à base de silício, que apresentam alto grau de automação e processo de crescimento cristalino observável e controlável, os cristais de carbeto 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:
Microporos, inclusões polimórficas, deslocamentos e outros defeitos são propensos a ocorrer durante o processo de crescimento, influenciando-se e evoluindo mutuamente. Microporos (MP) são defeitos passantes com dimensões de alguns micrômetros a dezenas de micrômetros, sendo defeitos críticos para dispositivos. Os monocristais de carbeto de silício apresentam mais de 200 formas cristalinas diferentes, mas apenas algumas estruturas cristalinas (tipo 4H) são utilizadas como materiais semicondutores para a produção. A transformação da forma cristalina ocorre facilmente durante o processo de crescimento, resultando em defeitos de inclusão polimórfica. Portanto, é necessário controlar com precisão parâmetros como a proporção silício-carbono, o gradiente de temperatura de crescimento, a taxa de crescimento do cristal e a pressão do fluxo de ar. Além disso, existe um gradiente de temperatura no campo térmico do crescimento do monocristal de carbeto de silício, o que leva a tensões internas intrínsecas e aos deslocamentos resultantes (deslocamento no plano basal - BPD, deslocamento helicoidal - TSD, deslocamento de aresta - TED) durante o processo de crescimento do cristal, afetando assim a qualidade e o desempenho da epitaxia subsequente e dos dispositivos.
(3) Controle antidoping difícil:
A introdução de impurezas externas deve ser rigorosamente controlada para se obter um cristal condutor com dopagem direcional;
(4) Taxa de crescimento lenta:
A taxa de crescimento do carbeto de silício é muito lenta. Os materiais de silício tradicionais precisam de apenas 3 dias para crescerem até se transformarem em uma haste cristalina, enquanto as hastes cristalinas de carbeto de silício precisam de 7 dias. Isso leva a uma eficiência de produção naturalmente menor do carbeto de silício e a uma produção muito limitada.
Por outro lado, os parâmetros do crescimento epitaxial de carbeto 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 proporção de gases e o controle rigoroso da temperatura de deposição. Em particular, com o aumento da resistência à tensão dos dispositivos, a dificuldade de controlar os parâmetros principais do wafer epitaxial aumentou significativamente. Além disso, com o aumento da espessura da camada epitaxial, controlar a uniformidade da resistividade e reduzir a densidade de defeitos, garantindo a espessura desejada, tornou-se outro grande desafio. No sistema de controle eletrônico, é necessário integrar sensores e atuadores de alta precisão para garantir que vários parâmetros possam ser regulados com precisão e estabilidade. Ao mesmo tempo, a otimização do algoritmo de controle também é crucial. É preciso ser capaz de ajustar a estratégia de controle em tempo real, de acordo com o sinal de feedback, para se adaptar às diversas mudanças no processo de crescimento epitaxial de carbeto de silício.
Principais dificuldades emsubstrato de carbeto de silíciofabricação:
Data da publicação: 07/06/2024