Lò nung tinh thể là thiết bị cốt lõi cho quá trình này.cacbua silicquá trình tăng trưởng tinh thể. Nó tương tự như lò nung tăng trưởng tinh thể silic truyền thống. Cấu trúc lò không quá phức tạp. Nó chủ yếu bao gồm thân lò, hệ thống gia nhiệt, cơ cấu truyền động cuộn dây, hệ thống thu thập và đo lường chân không, hệ thống đường dẫn khí, hệ thống làm mát, hệ thống điều khiển, v.v. Trường nhiệt và điều kiện quá trình quyết định các chỉ số chính của quá trình.tinh thể cacbua silicnhư chất lượng, kích thước, độ dẫn điện, v.v.
Một mặt, nhiệt độ trong quá trình sinh trưởng củatinh thể cacbua silicMức độ rủi ro rất cao và không thể giám sát được. Do đó, khó khăn chính nằm ở chính quy trình. Những khó khăn chính như sau:
(1) Khó khăn trong việc kiểm soát trường nhiệt:
Việc giám sát khoang kín nhiệt độ cao rất khó khăn và không thể kiểm soát được. Khác với thiết bị nuôi cấy tinh thể kéo trực tiếp dựa trên dung dịch silicon truyền thống với mức độ tự động hóa cao và quy trình nuôi cấy tinh thể có thể quan sát và kiểm soát được, tinh thể silicon carbide phát triển trong không gian kín ở môi trường nhiệt độ cao trên 2.000℃, và nhiệt độ nuôi cấy cần được kiểm soát chính xác trong quá trình sản xuất, điều này khiến việc kiểm soát nhiệt độ trở nên khó khăn;
(2) Khó khăn trong việc kiểm soát dạng tinh thể:
Các lỗ rỗng siêu nhỏ, tạp chất đa hình, sai lệch cấu trúc và các khuyết tật khác dễ xảy ra trong quá trình tăng trưởng, và chúng ảnh hưởng và phát triển lẫn nhau. Lỗ rỗng siêu nhỏ (MP) là các khuyết tật xuyên suốt có kích thước từ vài micromet đến hàng chục micromet, là những khuyết tật gây hại cho các thiết bị. Tinh thể đơn silicon carbide bao gồm hơn 200 dạng tinh thể khác nhau, nhưng chỉ một vài cấu trúc tinh thể (loại 4H) là vật liệu bán dẫn cần thiết cho sản xuất. Sự biến đổi dạng tinh thể dễ xảy ra trong quá trình tăng trưởng, dẫn đến các khuyết tật tạp chất đa hình. Do đó, cần phải kiểm soát chính xác các thông số như tỷ lệ silicon-carbon, độ dốc nhiệt độ tăng trưởng, tốc độ tăng trưởng tinh thể và áp suất dòng khí. Ngoài ra, có sự chênh lệch nhiệt độ trong trường nhiệt của quá trình tăng trưởng tinh thể đơn silicon carbide, dẫn đến ứng suất nội tại và các sai lệch cấu trúc (sai lệch mặt phẳng đáy BPD, sai lệch xoắn TSD, sai lệch cạnh TED) trong quá trình tăng trưởng tinh thể, từ đó ảnh hưởng đến chất lượng và hiệu suất của quá trình epitaxy và thiết bị tiếp theo.
(3) Kiểm soát doping khó khăn:
Việc đưa các tạp chất bên ngoài vào phải được kiểm soát chặt chẽ để thu được tinh thể dẫn điện có pha tạp định hướng;
(4) Tốc độ tăng trưởng chậm:
Tốc độ tăng trưởng của cacbua silic rất chậm. Các vật liệu silic truyền thống chỉ cần 3 ngày để phát triển thành một thanh tinh thể, trong khi thanh tinh thể cacbua silic cần 7 ngày. Điều này dẫn đến hiệu suất sản xuất cacbua silic thấp hơn và sản lượng rất hạn chế.
Mặt khác, các thông số của quá trình tăng trưởng màng mỏng silicon carbide rất khắt khe, bao gồm độ kín khí của thiết bị, sự ổn định của áp suất khí trong buồng phản ứng, kiểm soát chính xác thời gian đưa khí vào, độ chính xác của tỷ lệ khí và quản lý chặt chẽ nhiệt độ lắng đọng. Đặc biệt, với sự cải thiện mức điện trở của thiết bị, độ khó trong việc kiểm soát các thông số cốt lõi của tấm wafer màng mỏng đã tăng lên đáng kể. Ngoài ra, với sự gia tăng độ dày của lớp màng mỏng, làm thế nào để kiểm soát tính đồng nhất của điện trở suất và giảm mật độ khuyết tật trong khi vẫn đảm bảo độ dày đã trở thành một thách thức lớn khác. Trong hệ thống điều khiển điện tử, cần phải tích hợp các cảm biến và bộ truyền động có độ chính xác cao để đảm bảo các thông số khác nhau có thể được điều chỉnh chính xác và ổn định. Đồng thời, việc tối ưu hóa thuật toán điều khiển cũng rất quan trọng. Cần phải có khả năng điều chỉnh chiến lược điều khiển theo thời gian thực dựa trên tín hiệu phản hồi để thích ứng với các thay đổi khác nhau trong quá trình tăng trưởng màng mỏng silicon carbide.
Những khó khăn chính trongchất nền cacbua silicchế tạo:
Thời gian đăng bài: 07/06/2024