Kristallwachstumsofen für Siliziumkarbid (SiC).

Das Kristallwachstum ist das zentrale Glied bei der Herstellung vonSiliziumkarbid-Substrate, und die Kernausrüstung ist der Kristallwachstumsofen. Ähnlich wie bei herkömmlichen Kristallwachstumsöfen für kristallines Silizium ist die Ofenstruktur nicht sehr komplex und besteht hauptsächlich aus einem Ofenkörper, einem Heizsystem, einem Spulenübertragungsmechanismus, einem Vakuumerfassungs- und Messsystem, einem Gaswegsystem und einem Kühlsystem , ein Kontrollsystem usw., wobei die thermischen Feld- und Prozessbedingungen die Qualität, Größe, Leitfähigkeitseigenschaften und andere Schlüsselindikatoren bestimmenSiliziumkarbid-Kristalle.

Die Temperatur während des Wachstums vonSiliziumkarbid-Kristalleist sehr hoch und kann nicht überwacht werden, sodass die Hauptschwierigkeit im Prozess selbst liegt.

(1) Die Kontrolle des thermischen Feldes ist schwierig: Die Überwachung geschlossener Hochtemperaturhohlräume ist schwierig und unkontrollierbar. Im Gegensatz zu herkömmlichen Czochralski-Kristallwachstumsgeräten auf Siliziumbasis, die über einen hohen Automatisierungsgrad verfügen und den Kristallwachstumsprozess beobachten und steuern können, wachsen Siliziumkarbidkristalle in einem geschlossenen Raum bei einer hohen Temperatur von über 2.000 °C Die Wachstumstemperatur muss während der Produktion genau kontrolliert werden. , Temperaturkontrolle ist schwierig;

(2) Es ist schwierig, die Kristallform zu kontrollieren: Während des Wachstumsprozesses treten häufig Defekte wie Mikrotubuli, polytype Einschlüsse und Versetzungen auf, die miteinander interagieren und sich entwickeln. Micropipes (MP) sind durchdringende Defekte mit einer Größe von wenigen Mikrometern bis hin zu mehreren zehn Mikrometern und sind tödliche Defekte an Geräten. Siliziumkarbid-Einkristalle umfassen mehr als 200 verschiedene Kristallformen, aber nur wenige Kristallstrukturen (4H-Typ) sind es. Es handelt sich um ein für die Herstellung benötigtes Halbleitermaterial. Während des Wachstumsprozesses kann es zu einer kristallinen Umwandlung kommen, die zu Einschlussdefekten unterschiedlicher Art führt. Daher ist es notwendig, Parameter wie das Silizium-Kohlenstoff-Verhältnis, den Wachstumstemperaturgradienten, die Kristallwachstumsrate und den Luftströmungsdruck genau zu steuern. Darüber hinaus gibt es beim Wachstum von Siliziumkarbid-Einkristallen einen Temperaturgradienten im thermischen Feld, der zur Entstehung von Defekten wie nativer innerer Spannung und daraus resultierenden Versetzungen (Basalebenenversetzung BPD, Schraubenversetzung TSD, Kantenversetzung TED) während der Kristallbildung führt Wachstumsprozess und beeinflusst somit die nachfolgende Epitaxie und die Bauelemente. Qualität und Leistung.

(3) Die Dotierungskontrolle ist schwierig: Die Einführung externer Verunreinigungen muss streng kontrolliert werden, um gerichtet dotierte leitfähige Kristalle zu erhalten.

(4) Langsame Wachstumsrate: Die Kristallwachstumsrate von Siliziumkarbid ist sehr langsam. Es dauert nur 3 Tage, bis herkömmliches Siliziummaterial zu einem Kristallstab heranwächst, während es für einen Siliziumkarbid-Kristallstab 7 Tage dauert. Dies führt zu einer natürlichen Verringerung der Produktionseffizienz von Siliziumkarbid. Niedriger ist die Leistung sehr begrenzt.

Andererseits sind die Parameter des epitaktischen Wachstums von Siliziumkarbid äußerst anspruchsvoll, einschließlich der Luftdichtheit der Ausrüstung, der Druckstabilität der Reaktionskammer, der präzisen Steuerung der Gaseinleitungszeit, der Genauigkeit des Gasverhältnisses und der strengen Verwaltung der Abscheidungstemperatur. Insbesondere wenn das Spannungsniveau der Geräte steigt, nimmt die Schwierigkeit, die Kernparameter epitaktischer Wafer zu steuern, erheblich zu.

Darüber hinaus ist es mit zunehmender Dicke der Epitaxieschicht zu einer weiteren großen Herausforderung geworden, die Gleichmäßigkeit des spezifischen Widerstands zu steuern und die Defektdichte zu reduzieren und gleichzeitig die Dicke sicherzustellen. In elektrifizierten Steuerungssystemen ist die Integration hochpräziser Sensoren und Aktoren erforderlich, um sicherzustellen, dass verschiedene Parameter präzise und stabil geregelt werden können. Gleichzeitig ist auch die Optimierung des Regelalgorithmus von entscheidender Bedeutung. Es muss in der Lage sein, die Steuerstrategie basierend auf Rückkopplungssignalen in Echtzeit anzupassen, um sich an verschiedene Änderungen im epitaktischen Wachstumsprozess von Siliziumkarbid anzupassen.

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