Піч для вирощування кристалів є основним обладнанням длякарбід кремніювирощування кристалів. Це схоже на традиційну піч для вирощування кристалів кристалічного кремнію. Конструкція печі не дуже складна. Вона в основному складається з корпусу печі, системи нагріву, механізму передачі котушок, системи збору та вимірювання вакууму, системи газового тракту, системи охолодження, системи керування тощо. Теплове поле та умови процесу визначають ключові показникикристал карбіду кремніюяк якість, розмір, провідність тощо.
З одного боку, температура під час ростукристал карбіду кремніюдуже високий і не може бути контрольований. Тому основна складність полягає в самому процесі. Основні труднощі полягають у наступному:
(1) Складність керування тепловим полем:
Моніторинг закритої високотемпературної порожнини є складним та неконтрольованим. На відміну від традиційного обладнання для вирощування кристалів на основі кремнію методом прямого витягування з високим ступенем автоматизації та спостережуваним і контрольованим процесом вирощування кристалів, кристали карбіду кремнію ростуть у замкнутому просторі в середовищі з високою температурою понад 2000 ℃, і температура росту потребує точного контролю під час виробництва, що ускладнює контроль температури;
(2) Складність контролю кристалічної форми:
Мікротрубочки, поліморфні включення, дислокації та інші дефекти схильні до виникнення під час процесу росту, вони впливають один на одного та розвиваються один на одного. Мікротрубочки (МТ) – це дефекти наскрізного типу розміром від кількох мікронів до десятків мікронів, які є вирішальними дефектами пристроїв. Монокристали карбіду кремнію включають понад 200 різних кристалічних форм, але лише кілька кристалічних структур (тип 4H) є напівпровідниковими матеріалами, необхідними для виробництва. Трансформація кристалічної форми легко відбувається під час процесу росту, що призводить до поліморфних дефектів включень. Тому необхідно точно контролювати такі параметри, як кремній-вуглецеве співвідношення, градієнт температури росту, швидкість росту кристалів та тиск повітряного потоку. Крім того, існує градієнт температури в тепловому полі росту монокристалів карбіду кремнію, що призводить до власних внутрішніх напружень та результуючих дислокацій (дислокація базальної площини BPD, гвинтова дислокація TSD, крайова дислокація TED) під час процесу росту кристалів, тим самим впливаючи на якість та продуктивність подальшої епітаксії та пристроїв.
(3) Складний допінг-контроль:
Введення зовнішніх домішок має суворо контролюватися для отримання провідного кристала зі спрямованим легуванням;
(4) Повільний темп зростання:
Темпи зростання карбіду кремнію дуже повільні. Традиційним кремнієвим матеріалам потрібно лише 3 дні, щоб вирости в кристалічний стрижень, тоді як кристалічним стрижням карбіду кремнію потрібно 7 днів. Це призводить до природно нижчої ефективності виробництва карбіду кремнію та дуже обмеженого обсягу виробництва.
З іншого боку, параметри епітаксіального росту карбіду кремнію є надзвичайно вимогливими, включаючи герметичність обладнання, стабільність тиску газу в реакційній камері, точний контроль часу введення газу, точність газового співвідношення та суворе керування температурою осадження. Зокрема, з покращенням рівня опору напруги пристрою значно зросла складність контролю параметрів ядра епітаксіальної пластини. Крім того, зі збільшенням товщини епітаксіального шару, ще однією серйозною проблемою стало керування однорідністю опору та зменшення щільності дефектів, забезпечуючи при цьому товщину. В електрифікованій системі керування необхідно інтегрувати високоточні датчики та виконавчі механізми, щоб забезпечити точне та стабільне регулювання різних параметрів. Водночас, оптимізація алгоритму керування також має вирішальне значення. Потрібно мати можливість коригувати стратегію керування в режимі реального часу відповідно до сигналу зворотного зв'язку, щоб адаптуватися до різних змін у процесі епітаксіального росту карбіду кремнію.
Основні труднощі впідкладка з карбіду кремніювиробництво:
Час публікації: 07 червня 2024 р.