Forno di crescita dei cristalli di carburo di silicio (SiC).

La crescita dei cristalli è l'anello principale nella produzione diSubstrati in carburo di silicioe l'attrezzatura principale è la fornace per la crescita dei cristalli. Simile ai tradizionali forni per la crescita dei cristalli di silicio cristallino, la struttura del forno non è molto complessa e consiste principalmente di un corpo del forno, un sistema di riscaldamento, un meccanismo di trasmissione della bobina, un sistema di acquisizione e misurazione del vuoto, un sistema di percorso del gas, un sistema di raffreddamento , un sistema di controllo, ecc., tra cui il campo termico e le condizioni di processo determinano la qualità, le dimensioni, le proprietà conduttive e altri indicatori chiave diCristalli di carburo di silicio.

La temperatura durante la crescita dicristalli di carburo di silicioè molto elevato e non può essere monitorato, quindi la difficoltà principale risiede nel processo stesso.

(1) Il controllo del campo termico è difficile: il monitoraggio di cavità chiuse ad alta temperatura è difficile e incontrollabile. Diversamente dalle tradizionali apparecchiature per la crescita dei cristalli Czochralski a base di silicio, che hanno un alto grado di automazione e il processo di crescita dei cristalli può essere osservato e controllato, i cristalli di carburo di silicio crescono in uno spazio chiuso ad una temperatura elevata di oltre 2.000°C, e il la temperatura di crescita deve essere controllata con precisione durante la produzione. , il controllo della temperatura è difficile;

(2) È difficile controllare la forma cristallina: difetti come microtubuli, inclusioni politipiche e dislocazioni tendono a verificarsi durante il processo di crescita e interagiscono ed evolvono tra loro. I microtubi (MP) sono difetti penetranti con dimensioni che vanno da pochi micron a decine di micron e sono difetti killer dei dispositivi; i cristalli singoli di carburo di silicio comprendono più di 200 diverse forme cristalline, ma solo poche strutture cristalline (tipo 4H) sono necessarie per la produzione. Durante il processo di crescita, è probabile che si verifichi la trasformazione cristallina, causando difetti di inclusione di vario tipo. Pertanto, è necessario controllare accuratamente parametri quali il rapporto silicio-carbonio, il gradiente della temperatura di crescita, il tasso di crescita dei cristalli e la pressione del flusso d'aria. Inoltre, la crescita del singolo cristallo di carburo di silicio presenta un gradiente di temperatura nel campo termico, che porta all'esistenza di difetti come stress interno nativo e conseguenti dislocazioni (dislocazione del piano basale BPD, dislocazione a vite TSD, dislocazione del bordo TED) durante il cristallo processo di crescita, influenzando così la successiva epitassia e i dispositivi. qualità e prestazioni.

(3) Il controllo antidoping è difficile: l'introduzione di impurità esterne deve essere rigorosamente controllata per ottenere cristalli conduttivi drogati direzionalmente;

(4) Tasso di crescita lento: il tasso di crescita dei cristalli del carburo di silicio è molto lento. Ci vogliono solo 3 giorni perché il materiale di silicio tradizionale si trasformi in una bacchetta di cristallo, mentre ci vogliono 7 giorni per una bacchetta di cristallo di carburo di silicio. Ciò si traduce in una naturale diminuzione dell’efficienza produttiva del carburo di silicio. In basso, la produzione è molto limitata.

D'altro canto, i parametri della crescita epitassiale del carburo di silicio sono estremamente esigenti, tra cui l'ermeticità dell'attrezzatura, la stabilità della pressione della camera di reazione, il controllo preciso del tempo di introduzione del gas, l'accuratezza del rapporto del gas e il rigoroso gestione della temperatura di deposizione. Soprattutto all'aumentare del livello di tensione dei dispositivi, la difficoltà di controllare i parametri principali dei wafer epitassiali aumenta in modo significativo.

Inoltre, con l'aumento dello spessore dello strato epitassiale, come controllare l'uniformità della resistività e ridurre la densità dei difetti garantendo allo stesso tempo lo spessore è diventata un'altra grande sfida. Nei sistemi di controllo elettrificati è necessario integrare sensori e attuatori ad alta precisione per garantire che vari parametri possano essere regolati in modo accurato e stabile. Allo stesso tempo è fondamentale anche l’ottimizzazione dell’algoritmo di controllo. Deve essere in grado di adattare la strategia di controllo in base ai segnali di feedback in tempo reale per adattarsi ai vari cambiamenti nel processo di crescita epitassiale del carburo di silicio.

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