Care sunt dificultățile tehnice ale cuptorului de creștere a cristalelor de carbură de siliciu?

Cuptorul de creștere a cristalelor este echipamentul de bază pentrucarbură de siliciucreșterea cristalelor. Este similar cu cuptorul tradițional de creștere a cristalelor de siliciu cristalin. Structura cuptorului nu este foarte complicată. Este compusă în principal din corpul cuptorului, sistemul de încălzire, mecanismul de transmisie a bobinei, sistemul de achiziție și măsurare a vidului, sistemul de cale a gazelor, sistemul de răcire, sistemul de control etc. Câmpul termic și condițiile de proces determină indicatorii cheie aicristal de carbură de siliciuprecum calitatea, dimensiunea, conductivitatea și așa mai departe.

Pe de o parte, temperatura în timpul creșteriicristal de carbură de siliciueste foarte mare și nu poate fi monitorizată. Prin urmare, principala dificultate constă în procesul în sine. Principalele dificultăți sunt următoarele:

(1) Dificultăți în controlul câmpului termic:

Monitorizarea cavității închise la temperatură înaltă este dificilă și incontrolabilă. Spre deosebire de echipamentele tradiționale de creștere a cristalelor cu tragere directă pe bază de siliciu, cu un grad ridicat de automatizare și un proces de creștere a cristalelor observabil și controlabil, cristalele de carbură de siliciu cresc într-un spațiu închis, într-un mediu cu temperatură ridicată peste 2.000 ℃, iar temperatura de creștere trebuie controlată cu precizie în timpul producției, ceea ce face dificil controlul temperaturii;

(2) Dificultăți în controlul formei cristaline:

Microtuburile, incluziunile polimorfe, dislocațiile și alte defecte sunt predispuse să apară în timpul procesului de creștere și se afectează și evoluează reciproc. Microtuburile (MP) sunt defecte de tip „through” cu o dimensiune de la câțiva microni până la zeci de microni, care sunt defecte ucigașe ale dispozitivelor. Monocristalele de carbură de siliciu includ peste 200 de forme cristaline diferite, dar doar câteva structuri cristaline (tipul 4H) sunt materialele semiconductoare necesare pentru producție. Transformarea formei cristaline este ușor de realizat în timpul procesului de creștere, rezultând defecte de incluziune polimorfă. Prin urmare, este necesar să se controleze cu precizie parametri precum raportul siliciu-carbon, gradientul de temperatură de creștere, rata de creștere a cristalului și presiunea fluxului de aer. În plus, există un gradient de temperatură în câmpul termic al creșterii monocristalului de carbură de siliciu, ceea ce duce la stres intern nativ și dislocațiile rezultate (dislocația planului bazal BPD, dislocația șurubului TSD, dislocația marginii TED) în timpul procesului de creștere a cristalului, afectând astfel calitatea și performanța epitaxiei și dispozitivelor ulterioare.

(3) Control antidoping dificil:

Introducerea impurităților externe trebuie strict controlată pentru a obține un cristal conductiv cu dopare direcțională;

(4) Ritm lent de creștere:

Rata de creștere a carburii de siliciu este foarte lentă. Materialele tradiționale din siliciu au nevoie de doar 3 zile pentru a se transforma într-o tijă de cristal, în timp ce tijele de cristal din carbură de siliciu au nevoie de 7 zile. Acest lucru duce la o eficiență de producție a carburii de siliciu în mod natural mai scăzută și la o producție foarte limitată.

Pe de altă parte, parametrii creșterii epitaxiale a carburii de siliciu sunt extrem de exigenți, inclusiv etanșeitatea echipamentului, stabilitatea presiunii gazului în camera de reacție, controlul precis al timpului de introducere a gazului, acuratețea raportului de gaz și gestionarea strictă a temperaturii de depunere. În special, odată cu îmbunătățirea nivelului de rezistență la tensiune al dispozitivului, dificultatea controlului parametrilor de bază ai plachetei epitaxiale a crescut semnificativ. În plus, odată cu creșterea grosimii stratului epitaxial, modul de control al uniformității rezistivității și de reducere a densității defectelor, asigurând în același timp grosimea, a devenit o altă provocare majoră. În sistemul de control electrificat, este necesar să se integreze senzori și actuatoare de înaltă precizie pentru a se asigura că diverși parametri pot fi reglați cu precizie și stabilitate. În același timp, optimizarea algoritmului de control este, de asemenea, crucială. Acesta trebuie să poată ajusta strategia de control în timp real în funcție de semnalul de feedback pentru a se adapta la diverse modificări ale procesului de creștere epitaxială a carburii de siliciu.