อะไรคือปัญหาทางเทคนิคของเตาเผาสำหรับการเจริญเติบโตของผลึกซิลิคอนคาร์ไบด์?

เตาหลอมสำหรับการเจริญเติบโตของผลึกเป็นอุปกรณ์หลักสำหรับซิลิคอนคาร์ไบด์การเจริญเติบโตของผลึก คล้ายกับเตาปลูกผลึกซิลิคอนแบบดั้งเดิม โครงสร้างของเตาไม่ซับซ้อนมากนัก โดยส่วนใหญ่ประกอบด้วยตัวเตา ระบบทำความร้อน กลไกการส่งกำลังของขดลวด ระบบดูดและวัดสุญญากาศ ระบบทางเดินก๊าซ ระบบระบายความร้อน ระบบควบคุม เป็นต้น สนามความร้อนและสภาวะกระบวนการเป็นตัวกำหนดตัวชี้วัดที่สำคัญผลึกซิลิคอนคาร์ไบด์เช่น คุณภาพ ขนาด การนำไฟฟ้า และอื่นๆ

ในอีกด้านหนึ่ง อุณหภูมิระหว่างการเจริญเติบโตของผลึกซิลิคอนคาร์ไบด์มีค่าสูงมากและไม่สามารถตรวจสอบได้ ดังนั้น ปัญหาหลักจึงอยู่ที่กระบวนการเอง ปัญหาหลักมีดังต่อไปนี้:

(1) ความยากลำบากในการควบคุมสนามความร้อน:

การตรวจสอบภายในโพรงอุณหภูมิสูงแบบปิดนั้นทำได้ยากและควบคุมไม่ได้ แตกต่างจากอุปกรณ์ปลูกผลึกแบบดึงโดยตรงที่ใช้สารละลายซิลิคอนแบบดั้งเดิม ซึ่งมีระบบอัตโนมัติสูงและกระบวนการปลูกผลึกที่สามารถสังเกตและควบคุมได้ ผลึกซิลิคอนคาร์ไบด์เติบโตในพื้นที่ปิดในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงกว่า 2,000℃ และจำเป็นต้องควบคุมอุณหภูมิการเติบโตอย่างแม่นยำในระหว่างการผลิต ซึ่งทำให้การควบคุมอุณหภูมิทำได้ยาก

(2) ความยากลำบากในการควบคุมรูปแบบผลึก:

ไมโครไพพ์ การรวมตัวของผลึกหลายรูปแบบ การเคลื่อนตัวของอะตอม และข้อบกพร่องอื่นๆ มีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นระหว่างกระบวนการเจริญเติบโต และข้อบกพร่องเหล่านี้ส่งผลกระทบและพัฒนาซึ่งกันและกัน ไมโครไพพ์ (MP) เป็นข้อบกพร่องแบบทะลุที่มีขนาดตั้งแต่หลายไมครอนถึงหลายสิบไมครอน ซึ่งเป็นข้อบกพร่องร้ายแรงของอุปกรณ์ ผลึกเดี่ยวซิลิคอนคาร์ไบด์มีรูปแบบผลึกที่แตกต่างกันมากกว่า 200 รูปแบบ แต่มีเพียงไม่กี่โครงสร้างผลึก (แบบ 4H) เท่านั้นที่เป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่จำเป็นสำหรับการผลิต การเปลี่ยนแปลงรูปแบบผลึกเกิดขึ้นได้ง่ายระหว่างกระบวนการเจริญเติบโต ส่งผลให้เกิดข้อบกพร่องจากการรวมตัวของผลึกหลายรูปแบบ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องควบคุมพารามิเตอร์ต่างๆ อย่างแม่นยำ เช่น อัตราส่วนซิลิคอนต่อคาร์บอน การไล่ระดับอุณหภูมิในการเจริญเติบโต อัตราการเจริญเติบโตของผลึก และความดันการไหลของอากาศ นอกจากนี้ ยังมีการไล่ระดับอุณหภูมิในบริเวณความร้อนของการเจริญเติบโตของผลึกเดี่ยวซิลิคอนคาร์ไบด์ ซึ่งนำไปสู่ความเครียดภายในและส่งผลให้เกิดการเคลื่อนตัวของอะตอม (การเคลื่อนตัวของระนาบฐาน BPD การเคลื่อนตัวแบบเกลียว TSD การเคลื่อนตัวแบบขอบ TED) ระหว่างกระบวนการเจริญเติบโตของผลึก ซึ่งส่งผลกระทบต่อคุณภาพและประสิทธิภาพของการเจริญเติบโตแบบเอพิแท็กซีและอุปกรณ์ในภายหลัง

(3) การควบคุมการใช้สารต้องห้ามทำได้ยาก:

การนำสิ่งเจือปนจากภายนอกเข้ามาจะต้องได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวดเพื่อให้ได้ผลึกนำไฟฟ้าที่มีการเจือปนในทิศทางที่กำหนด

(4) อัตราการเติบโตช้า:

อัตราการเติบโตของซิลิคอนคาร์ไบด์นั้นช้ามาก วัสดุซิลิคอนแบบดั้งเดิมใช้เวลาเพียง 3 วันในการเติบโตเป็นแท่งผลึก ในขณะที่แท่งผลึกซิลิคอนคาร์ไบด์ต้องใช้เวลาถึง 7 วัน ส่งผลให้ประสิทธิภาพการผลิตซิลิคอนคาร์ไบด์ต่ำและปริมาณผลผลิตมีจำกัด

ในทางกลับกัน พารามิเตอร์ของการเจริญเติบโตแบบเอพิแท็กเซียของซิลิคอนคาร์ไบด์นั้นมีความต้องการสูงมาก รวมถึงความแน่นหนาของอุปกรณ์ ความเสถียรของความดันก๊าซในห้องปฏิกิริยา การควบคุมเวลาการนำก๊าซเข้าอย่างแม่นยำ ความถูกต้องของอัตราส่วนก๊าซ และการจัดการอุณหภูมิการตกตะกอนอย่างเข้มงวด โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ด้วยการพัฒนาของระดับความต้านทานไฟฟ้าของอุปกรณ์ ความยากในการควบคุมพารามิเตอร์หลักของแผ่นเวเฟอร์แบบเอพิแท็กเซียจึงเพิ่มขึ้นอย่างมาก นอกจากนี้ ด้วยความหนาของชั้นเอพิแท็กเซียที่เพิ่มขึ้น วิธีการควบคุมความสม่ำเสมอของความต้านทานและลดความหนาแน่นของข้อบกพร่องในขณะที่ยังคงรักษาความหนาไว้ได้กลายเป็นความท้าทายที่สำคัญอีกประการหนึ่ง ในระบบควบคุมไฟฟ้า จำเป็นต้องรวมเซ็นเซอร์และแอคทูเอเตอร์ที่มีความแม่นยำสูงเพื่อให้แน่ใจว่าพารามิเตอร์ต่างๆ สามารถควบคุมได้อย่างแม่นยำและเสถียร ในขณะเดียวกัน การเพิ่มประสิทธิภาพของอัลกอริทึมควบคุมก็มีความสำคัญเช่นกัน จำเป็นต้องสามารถปรับกลยุทธ์การควบคุมแบบเรียลไทม์ตามสัญญาณป้อนกลับเพื่อปรับให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลงต่างๆ ในกระบวนการเจริญเติบโตแบบเอพิแท็กเซียของซิลิคอนคาร์ไบด์

ปัญหาหลักในพื้นผิวซิลิคอนคาร์ไบด์การผลิต: