Horno de crecimiento de cristales de carburo de silicio (SiC)

El crecimiento de cristales es el eslabón central en la producción deSustratos de carburo de silicioY el equipo principal es el horno de crecimiento de cristales. Al igual que los hornos tradicionales de crecimiento de cristales de grado silicio, la estructura del horno no es muy compleja y consiste principalmente en un cuerpo de horno, un sistema de calentamiento, un mecanismo de transmisión de bobina, un sistema de medición y adquisición de vacío, un sistema de trayectoria de gas y un sistema de enfriamiento. , un sistema de control, etc., entre los cuales el campo térmico y las condiciones del proceso determinan la calidad, el tamaño, las propiedades conductoras y otros indicadores clave deCristales de carburo de silicio.

La temperatura durante el crecimiento decristales de carburo de silicioes muy elevado y no se puede controlar, por lo que la principal dificultad reside en el proceso mismo.

(1) El control del campo térmico es difícil: el seguimiento de cavidades cerradas de alta temperatura es difícil e incontrolable. A diferencia del equipo tradicional de crecimiento de cristales de Czochralski con solución basada en silicio, que tiene un alto grado de automatización y el proceso de crecimiento de cristales se puede observar y controlar, los cristales de carburo de silicio crecen en un espacio cerrado a una temperatura alta de más de 2.000 °C, y el La temperatura de crecimiento debe controlarse con precisión durante la producción. , el control de la temperatura es difícil;

(2) Es difícil controlar la forma del cristal: es probable que se produzcan defectos como microtúbulos, inclusiones politipo y dislocaciones durante el proceso de crecimiento, e interactúan y evolucionan entre sí. Los microtubos (MP) son defectos penetrantes con tamaños que van desde unas pocas micras hasta decenas de micras y son defectos mortales en los dispositivos; Los monocristales de carburo de silicio incluyen más de 200 formas cristalinas diferentes, pero sólo unas pocas estructuras cristalinas (tipo 4H). Es un material semiconductor necesario para la producción. Durante el proceso de crecimiento, es probable que se produzca una transformación cristalina, lo que provoca defectos de inclusión de múltiples tipos. Por lo tanto, es necesario controlar con precisión parámetros como la relación silicio-carbono, el gradiente de temperatura de crecimiento, la tasa de crecimiento de los cristales y la presión del flujo de aire. Además, el crecimiento del monocristal de carburo de silicio tiene un gradiente de temperatura en el campo térmico, lo que conduce a la existencia de defectos como tensión interna nativa y dislocaciones resultantes (dislocación del plano basal BPD, dislocación del tornillo TSD, dislocación del borde TED) durante el cristal. proceso de crecimiento, afectando así la epitaxia y los dispositivos posteriores. calidad y rendimiento.

(3) El control del dopaje es difícil: la introducción de impurezas externas debe controlarse estrictamente para obtener cristales conductores dopados direccionalmente;

(4) Tasa de crecimiento lenta: la tasa de crecimiento de los cristales del carburo de silicio es muy lenta. El material de silicio tradicional solo tarda 3 días en convertirse en una varilla de cristal, mientras que una varilla de cristal de carburo de silicio tarda 7 días. Esto da como resultado una disminución natural en la eficiencia de producción de carburo de silicio. Más abajo, la producción es muy limitada.

Por otro lado, los parámetros del crecimiento epitaxial del carburo de silicio son extremadamente exigentes, incluyendo la estanqueidad del equipo, la estabilidad de la presión de la cámara de reacción, el control preciso del tiempo de introducción del gas, la precisión de la relación de gas y la estricta Gestión de la temperatura de deposición. Especialmente a medida que aumenta el nivel de voltaje de los dispositivos, aumenta significativamente la dificultad de controlar los parámetros centrales de las obleas epitaxiales.

Además, a medida que aumenta el espesor de la capa epitaxial, cómo controlar la uniformidad de la resistividad y reducir la densidad de los defectos garantizando al mismo tiempo el espesor se ha convertido en otro desafío importante. En los sistemas de control electrificados, es necesario integrar sensores y actuadores de alta precisión para garantizar que varios parámetros puedan regularse de manera precisa y estable. Al mismo tiempo, la optimización del algoritmo de control también es crucial. Debe poder ajustar la estrategia de control basada en señales de retroalimentación en tiempo real para adaptarse a diversos cambios en el proceso de crecimiento epitaxial del carburo de silicio.

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