Kristalltillväxtugnen är den viktigaste utrustningen förkiselkarbidkristalltillväxt. Det liknar den traditionella kristalltillväxtugnen av kiselkvalitet. Ugnsstrukturen är inte särskilt komplicerad. Den består huvudsakligen av ugnskropp, värmesystem, spoltransmissionsmekanism, vakuummätningssystem, gasvägssystem, kylsystem, styrsystem etc. Det termiska fältet och processförhållandena avgör nyckelindikatorerna förkiselkarbidkristallsom kvalitet, storlek, konduktivitet och så vidare.
Å ena sidan, temperaturen under tillväxten avkiselkarbidkristallär mycket hög och kan inte övervakas. Därför ligger den största svårigheten i själva processen. De största svårigheterna är följande:
(1) Svårigheter med termisk fältkontroll:
Övervakningen av det slutna högtemperaturhålrummet är svårt och okontrollerbart. Till skillnad från traditionell utrustning för direkt dragning av kristaller i kiselbaserade lösningar med en hög grad av automatisering och observerbar och kontrollerbar kristalltillväxtprocess, växer kiselkarbidkristaller i ett slutet utrymme i en högtemperaturmiljö över 2 000 ℃, och tillväxttemperaturen måste kontrolleras exakt under produktionen, vilket gör temperaturkontrollen svår.
(2) Svårigheter att kontrollera kristallformen:
Mikrorör, polymorfa inneslutningar, dislokationer och andra defekter är benägna att uppstå under tillväxtprocessen, och de påverkar och utvecklar varandra. Mikrorör (MP) är genomgående defekter med en storlek från flera mikron till tiotals mikron, vilka är avgörande defekter för komponenter. Kiselkarbidkristaller innefattar mer än 200 olika kristallformer, men endast ett fåtal kristallstrukturer (4H-typ) är de halvledarmaterial som krävs för produktion. Kristallformtransformation sker lätt under tillväxtprocessen, vilket resulterar i polymorfa inneslutningsdefekter. Därför är det nödvändigt att noggrant kontrollera parametrar som kisel-kol-förhållande, tillväxttemperaturgradient, kristalltillväxthastighet och luftflödestryck. Dessutom finns det en temperaturgradient i det termiska fältet för kiselkarbidkristalltillväxt, vilket leder till nativ intern spänning och resulterande dislokationer (basalplandislokation BPD, skruvdislokation TSD, kantdislokation TED) under kristalltillväxtprocessen, vilket påverkar kvaliteten och prestandan hos efterföljande epitaxi och komponenter.
(3) Svår dopingkontroll:
Införandet av externa föroreningar måste kontrolleras strikt för att erhålla en ledande kristall med riktad dopning;
(4) Långsam tillväxttakt:
Tillväxthastigheten för kiselkarbid är mycket långsam. Traditionella kiselmaterial behöver bara 3 dagar för att växa till en kristallstav, medan kiselkarbidkristallstavar behöver 7 dagar. Detta leder till en naturligt lägre produktionseffektivitet för kiselkarbid och mycket begränsad produktion.
Å andra sidan är parametrarna för epitaxialtillväxt av kiselkarbid extremt krävande, inklusive utrustningens lufttäthet, stabiliteten hos gastrycket i reaktionskammaren, exakt kontroll av gasintroduktionstiden, noggrannheten hos gasförhållandet och strikt hantering av avsättningstemperaturen. I synnerhet har svårigheten att kontrollera kärnparametrarna för den epitaxiella wafern ökat avsevärt med förbättringen av anordningens spänningsresistansnivå. Dessutom har det med ökningen av det epitaxiella lagrets tjocklek blivit en annan stor utmaning att kontrollera resistivitetens enhetlighet och minska defektdensiteten samtidigt som tjockleken säkerställs. I det elektrifierade styrsystemet är det nödvändigt att integrera högprecisionssensorer och ställdon för att säkerställa att olika parametrar kan regleras exakt och stabilt. Samtidigt är optimeringen av styralgoritmen också avgörande. Den måste kunna justera styrstrategin i realtid enligt återkopplingssignalen för att anpassa sig till olika förändringar i kiselkarbidens epitaxiala tillväxtprocess.
Huvudsakliga svårigheter ikiselkarbidsubstrattillverkning:
Publiceringstid: 7 juni 2024