Những khó khăn về mặt kỹ thuật của lò phát triển tinh thể silicon carbide là gì?

Lò phát triển tinh thể là thiết bị cốt lõi chocacbua silicsự phát triển tinh thể. Nó tương tự như lò phát triển tinh thể cấp silic tinh thể truyền thống. Cấu trúc lò không phức tạp lắm. Nó chủ yếu bao gồm thân lò, hệ thống gia nhiệt, cơ cấu truyền cuộn dây, hệ thống thu thập và đo chân không, hệ thống đường dẫn khí, hệ thống làm mát, hệ thống điều khiển, v.v. Trường nhiệt và điều kiện quy trình xác định các chỉ số chính củatinh thể silicon carbidenhư chất lượng, kích thước, độ dẫn điện, v.v.

Một mặt, nhiệt độ trong quá trình phát triển củatinh thể silicon carbiderất cao và không thể theo dõi được. Do đó, khó khăn chính nằm ở chính quá trình này. Những khó khăn chính như sau:

(1) Khó khăn trong việc kiểm soát trường nhiệt:

Việc giám sát khoang nhiệt độ cao khép kín rất khó khăn và không thể kiểm soát được. Khác với thiết bị phát triển tinh thể kéo trực tiếp dung dịch silicon truyền thống có mức độ tự động hóa cao và quy trình phát triển tinh thể có thể quan sát và kiểm soát được, tinh thể silicon carbide phát triển trong không gian khép kín trong môi trường nhiệt độ cao trên 2.000℃ và nhiệt độ phát triển cần được kiểm soát chính xác trong quá trình sản xuất, khiến việc kiểm soát nhiệt độ trở nên khó khăn;

(2) Khó khăn trong việc kiểm soát hình dạng tinh thể:

Các micropipe, tạp chất đa hình, sai lệch và các khuyết tật khác dễ xảy ra trong quá trình phát triển và chúng ảnh hưởng và tiến hóa lẫn nhau. Micropipe (MP) là các khuyết tật loại xuyên qua có kích thước từ vài micron đến hàng chục micron, là những khuyết tật chết người của các thiết bị. Các tinh thể đơn silicon carbide bao gồm hơn 200 dạng tinh thể khác nhau, nhưng chỉ có một số ít 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 phát triển, dẫn đến các khuyết tật tạp chất đa hình. Do đó, cần phải kiểm soát chính xác các thông số như tỷ lệ silicon-cacbon, độ dốc nhiệt độ phát triển, tốc độ phát triển tinh thể và áp suất luồng không khí. Ngoài ra, có một độ dốc nhiệt độ trong trường nhiệt của sự phát triển tinh thể đơn silicon carbide, dẫn đến ứng suất bên trong tự nhiên và các sai lệch kết quả (sai lệch mặt phẳng cơ sở BPD, sai lệch vít TSD, sai lệch cạnh TED) trong quá trình phát triển tinh thể, do đó ảnh hưởng đến chất lượng và hiệu suất của epitaxy và các thiết bị tiếp theo.

(3) Kiểm soát doping khó khăn:

Việc đưa 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 silicon carbide rất chậm. Vật liệu silicon truyền thống chỉ cần 3 ngày để phát triển thành thanh tinh thể, trong khi thanh tinh thể silicon carbide cần 7 ngày. Điều này dẫn đến hiệu quả sản xuất silicon carbide tự nhiên thấp hơn và sản lượng rất hạn chế.

Mặt khác, các thông số của quá trình tăng trưởng epitaxial silicon carbide cực kỳ khắt khe, bao gồm độ kín khí của thiết bị, độ 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 việc cải thiện mức điện trở của thiết bị, độ khó trong việc kiểm soát các thông số cốt lõi của wafer epitaxial đã tăng lên đáng kể. Ngoài ra, với độ dày của lớp epitaxial tăng lên, 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 khí hóa, cần tích hợp các cảm biến và bộ truyền động có độ chính xác cao để đảm bảo có thể điều chỉnh chính xác và ổn định các thông số khác nhau. Đồng thời, việc tối ưu hóa thuật toán điều khiển cũng rất quan trọng. Nó cần có khả năng điều chỉnh chiến lược điều khiển theo thời gian thực theo tín hiệu phản hồi để thích ứng với các thay đổi khác nhau trong quá trình tăng trưởng epitaxial silicon carbide.