ปัญหาทางเทคนิคของเตาปลูกคริสตัลซิลิกอนคาร์ไบด์มีอะไรบ้าง

เตาเผาการเจริญเติบโตของผลึกเป็นอุปกรณ์หลักสำหรับซิลิกอนคาร์ไบด์การเจริญเติบโตของผลึก คล้ายกับเตาเผาการเจริญเติบโตของผลึกซิลิคอนแบบดั้งเดิม โครงสร้างเตาเผาไม่ซับซ้อนมาก ประกอบด้วยตัวเตา ระบบทำความร้อน กลไกการส่งผ่านขดลวด ระบบดูดสูญญากาศและการวัด ระบบเส้นทางก๊าซ ระบบทำความเย็น ระบบควบคุม ฯลฯ สนามความร้อนและสภาวะของกระบวนการกำหนดตัวบ่งชี้หลักของคริสตัลซิลิกอนคาร์ไบด์เช่น คุณภาพ ขนาด การนำไฟฟ้า และอื่นๆ

ด้านหนึ่งอุณหภูมิในระหว่างการเจริญเติบโตของคริสตัลซิลิกอนคาร์ไบด์สูงมากจนไม่สามารถตรวจสอบได้ ดังนั้น ปัญหาหลักจึงอยู่ที่กระบวนการเอง ปัญหาหลักๆ มีดังนี้

(1) ความยากลำบากในการควบคุมสนามความร้อน:

การตรวจสอบโพรงอุณหภูมิสูงที่ปิดนั้นทำได้ยากและไม่สามารถควบคุมได้ แตกต่างจากอุปกรณ์ปลูกผลึกแบบดึงตรงที่ใช้ซิลิกอนแบบดั้งเดิมที่มีระดับการทำงานอัตโนมัติสูงและกระบวนการปลูกผลึกที่สังเกตและควบคุมได้ ผลึกซิลิกอนคาร์ไบด์จะเติบโตในพื้นที่ปิดในสภาพแวดล้อมอุณหภูมิสูงที่สูงกว่า 2,000℃ และอุณหภูมิในการเจริญเติบโตจะต้องได้รับการควบคุมอย่างแม่นยำระหว่างการผลิต ซึ่งทำให้การควบคุมอุณหภูมิทำได้ยาก

(2) ความยากลำบากในการควบคุมรูปแบบคริสตัล:

ไมโครไพพ์ การรวมตัวแบบโพลีมอร์ฟิก การเคลื่อนตัว และข้อบกพร่องอื่นๆ มักเกิดขึ้นระหว่างกระบวนการเจริญเติบโต และสิ่งเหล่านี้จะส่งผลและวิวัฒนาการซึ่งกันและกัน ไมโครไพพ์ (MP) คือข้อบกพร่องแบบทะลุที่มีขนาดตั้งแต่ไม่กี่ไมครอนไปจนถึงหลายสิบไมครอน ซึ่งเป็นข้อบกพร่องร้ายแรงของอุปกรณ์ ผลึกเดี่ยวซิลิกอนคาร์ไบด์ประกอบด้วยผลึกที่มีรูปร่างแตกต่างกันมากกว่า 200 แบบ แต่มีโครงสร้างผลึกเพียงไม่กี่แบบ (แบบ 4H) เท่านั้นที่เป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่จำเป็นสำหรับการผลิต การเปลี่ยนแปลงรูปแบบผลึกเกิดขึ้นได้ง่ายระหว่างกระบวนการเจริญเติบโต ส่งผลให้เกิดข้อบกพร่องการรวมตัวแบบโพลีมอร์ฟิก ดังนั้นจึงจำเป็นต้องควบคุมพารามิเตอร์ต่างๆ อย่างแม่นยำ เช่น อัตราส่วนซิลิกอน-คาร์บอน การไล่ระดับอุณหภูมิการเจริญเติบโต อัตราการเติบโตของผลึก และแรงดันการไหลของอากาศ นอกจากนี้ ยังมีการไล่ระดับอุณหภูมิในสนามความร้อนของการเจริญเติบโตของผลึกเดี่ยวซิลิกอนคาร์ไบด์ ซึ่งนำไปสู่ความเครียดภายในตามธรรมชาติและการเคลื่อนตัวที่เกิดขึ้น (การเคลื่อนตัวของระนาบฐาน BPD การเคลื่อนตัวของสกรู TSD การเคลื่อนตัวของขอบ TED) ในระหว่างกระบวนการเจริญเติบโตของผลึก จึงส่งผลต่อคุณภาพและประสิทธิภาพของเอพิแทกซีและอุปกรณ์ที่ตามมา

(3) การควบคุมการใช้สารกระตุ้นที่ยากลำบาก:

การนำสิ่งเจือปนจากภายนอกเข้ามาต้องได้รับการควบคุมอย่างเคร่งครัดเพื่อให้ได้ผลึกตัวนำที่มีการเจือปนแบบมีทิศทาง

(4) อัตราการเจริญเติบโตช้า:

อัตราการเติบโตของซิลิกอนคาร์ไบด์นั้นช้ามาก วัสดุซิลิกอนแบบดั้งเดิมต้องใช้เวลาเพียง 3 วันในการเติบโตเป็นแท่งคริสตัล ในขณะที่แท่งคริสตัลซิลิกอนคาร์ไบด์ต้องใช้เวลา 7 วัน ส่งผลให้ประสิทธิภาพการผลิตซิลิกอนคาร์ไบด์ลดลงตามธรรมชาติและผลผลิตมีจำกัดมาก

ในทางกลับกัน พารามิเตอร์ของการเจริญเติบโตของเอพิแทกเซียลของซิลิกอนคาร์ไบด์มีความต้องการอย่างมาก รวมถึงความแน่นหนาของอุปกรณ์ ความเสถียรของแรงดันแก๊สในห้องปฏิกิริยา การควบคุมที่แม่นยำของเวลาการนำแก๊สเข้ามา ความแม่นยำของอัตราส่วนแก๊ส และการจัดการที่เข้มงวดของอุณหภูมิการสะสม โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ด้วยการปรับปรุงระดับความต้านทานแรงดันไฟฟ้าของอุปกรณ์ ความยากในการควบคุมพารามิเตอร์หลักของเวเฟอร์เอพิแทกเซียลก็เพิ่มขึ้นอย่างมาก นอกจากนี้ ด้วยความหนาของชั้นเอพิแทกเซียลที่เพิ่มขึ้น วิธีการควบคุมความสม่ำเสมอของความต้านทานและลดความหนาแน่นของข้อบกพร่องในขณะที่รับประกันความหนาได้กลายเป็นความท้าทายที่สำคัญอีกประการหนึ่ง ในระบบควบคุมไฟฟ้า จำเป็นต้องรวมเซ็นเซอร์และแอคชูเอเตอร์ที่มีความแม่นยำสูงเพื่อให้แน่ใจว่าสามารถควบคุมพารามิเตอร์ต่างๆ ได้อย่างแม่นยำและเสถียร ในเวลาเดียวกัน การเพิ่มประสิทธิภาพของอัลกอริทึมการควบคุมก็มีความสำคัญเช่นกัน จำเป็นต้องสามารถปรับกลยุทธ์การควบคุมแบบเรียลไทม์ตามสัญญาณข้อเสนอแนะเพื่อปรับตัวให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลงต่างๆ ในกระบวนการเจริญเติบโตของเอพิแทกเซียลของซิลิกอนคาร์ไบด์

ปัญหาหลักๆในการซิลิกอนคาร์ไบด์พื้นผิวการผลิต: