Forno de crescimento de cristal de carboneto de silício (SiC)

O crescimento do cristal é o elo central na produção deSubstratos de carboneto de silício, e o equipamento principal é o forno de crescimento de cristal. Semelhante aos tradicionais fornos de crescimento de cristal de grau de silício cristalino, a estrutura do forno não é muito complexa e consiste principalmente em um corpo de forno, um sistema de aquecimento, um mecanismo de transmissão de bobina, um sistema de aquisição e medição de vácuo, um sistema de caminho de gás, um sistema de resfriamento , um sistema de controle, etc., entre os quais o campo térmico e as condições do processo determinam a qualidade, tamanho, propriedades condutoras e outros indicadores-chave deCristais de carboneto de silício.

A temperatura durante o crescimento decristais de carboneto de silícioé muito elevado e não pode ser monitorado, portanto a principal dificuldade está no próprio processo.

(1) O controle do campo térmico é difícil: O monitoramento de cavidades fechadas de alta temperatura é difícil e incontrolável. Diferente da solução tradicional à base de silício, equipamento de crescimento de cristal Czochralski, que possui um alto grau de automação e o processo de crescimento de cristal pode ser observado e controlado, os cristais de carboneto de silício crescem em um espaço fechado a uma alta temperatura de mais de 2.000°C, e o a temperatura de crescimento precisa ser controlada com precisão durante a produção. , o controle da temperatura é difícil;

(2) É difícil controlar a forma do cristal: defeitos como microtúbulos, inclusões politípicas e deslocamentos são propensos a ocorrer durante o processo de crescimento e interagem e evoluem entre si. Microtubos (MP) são defeitos penetrantes com tamanhos que variam de alguns mícrons a dezenas de mícrons e são defeitos matadores de dispositivos; Os monocristais de carboneto de silício incluem mais de 200 formas cristalinas diferentes, mas apenas algumas estruturas cristalinas (tipo 4H) são. É um material semicondutor necessário para a produção. Durante o processo de crescimento, é provável que ocorra transformação cristalina, causando defeitos de inclusão de vários tipos. Portanto, é necessário controlar com precisão parâmetros como proporção silício-carbono, gradiente de temperatura de crescimento, taxa de crescimento de cristal e pressão do fluxo de ar. Além disso, o crescimento do cristal único de carboneto de silício existe um gradiente de temperatura no campo térmico, o que leva à existência de defeitos como tensão interna nativa e deslocamentos resultantes (luxação do plano basal BPD, luxação de parafuso TSD, luxação de borda TED) durante o cristal processo de crescimento, afetando assim a epitaxia e os dispositivos subsequentes. qualidade e desempenho.

(3) O controle de dopagem é difícil: a introdução de impurezas externas deve ser estritamente controlada para obter cristais condutores dopados direcionalmente;

(4) Taxa de crescimento lenta: A taxa de crescimento do cristal do carboneto de silício é muito lenta. Leva apenas 3 dias para o material de silício tradicional se transformar em uma haste de cristal, enquanto uma haste de cristal de carboneto de silício leva 7 dias. Isso resulta em uma diminuição natural na eficiência de produção de carboneto de silício. Mais baixo, a produção é muito limitada.

Por outro lado, os parâmetros de crescimento epitaxial do carboneto de silício são extremamente exigentes, incluindo a estanqueidade do equipamento, a estabilidade da pressão da câmara de reação, o controle preciso do tempo de introdução do gás, a precisão da proporção do gás e o estrito gerenciamento da temperatura de deposição. Especialmente à medida que o nível de tensão dos dispositivos aumenta, a dificuldade de controlar os parâmetros centrais das pastilhas epitaxiais aumenta significativamente.

Além disso, à medida que a espessura da camada epitaxial aumenta, como controlar a uniformidade da resistividade e reduzir a densidade do defeito, garantindo ao mesmo tempo a espessura, tornou-se outro grande desafio. Em sistemas de controle eletrificados, é necessário integrar sensores e atuadores de alta precisão para garantir que vários parâmetros possam ser regulados de forma precisa e estável. Ao mesmo tempo, a otimização do algoritmo de controle também é crucial. Ele precisa ser capaz de ajustar a estratégia de controle com base em sinais de feedback em tempo real para se adaptar às diversas mudanças no processo de crescimento epitaxial do carboneto de silício.

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