Quelles sont les difficultés techniques de la fournaise de croissance cristalline SIC

La fournaise de croissance des cristaux est l'équipement de base de la croissance des cristaux de carbure de silicium. Il est similaire au four à croissance cristalline cristalline traditionnelle de qualité silicium. La structure de la fournaise n'est pas très compliquée. Il est principalement composé du corps du four, du système de chauffage, du mécanisme de transmission des bobines, du système d'acquisition et de mesure du vide, du système de trajet de gaz, du système de refroidissement, du système de contrôle, etc. Le champ thermique et les conditions de processus déterminent les indicateurs clés tels que la qualité, la taille et la conductivité du cristal Sic.

D'une part, la température pendant la croissance des cristaux de carbure de silicium est très élevée et ne peut pas être surveillée, donc la principale difficulté réside dans le processus lui-même. Les principales difficultés sont les suivantes:

(1) Difficulté de contrôle du champ thermique: La surveillance de la chambre fermée à haute température est difficile et incontrôlable. Contrairement à l'équipement de croissance traditionnel à base de solutions à base de solutions à base de silicium, qui a un degré élevé d'automatisation et le processus de croissance des cristaux peut être observé, contrôlé et ajusté, les cristaux de carbure de silicium se développent dans un espace fermé dans un environnement à haute température supérieur à 2000 ° C, et la température de croissance doit être contrôlée précisément pendant la production, ce qui rend la commande de température difficile;

(2) Difficulté de contrôle de la forme cristalline: des défauts tels que les micropipes, les inclusions polymorphes et les dislocations sont susceptibles de se produire pendant le processus de croissance, et ils affectent et évoluent les uns avec les autres. Les micropipes (MPS) sont des défauts de type à travers, allant de quelques microns à des dizaines de microns, et sont des défauts de tueurs pour les appareils. Les ouest-cristaux en carbure de silicium comprennent plus de 200 formes de cristal différentes, mais seules quelques structures cristallines (type 4H) sont les matériaux semi-conducteurs nécessaires à la production. La transformation de la forme cristalline est susceptible de se produire pendant la croissance, entraînant des défauts d'inclusion polymorphe. Par conséquent, il est nécessaire de contrôler avec précision les paramètres tels que le rapport silicium-carbone, le gradient de température de croissance, le taux de croissance des cristaux et la pression du flux d'air. De plus, il existe un gradient de température dans le champ thermique de la croissance monocristallière du carbure de silicium, ce qui conduit à une contrainte interne native et aux dislocations résultantes (dislocation du plan basal BPD, à la dislocation de vis TSD, à la dislocation de bord) pendant la croissance des cristaux, affectant ainsi la qualité et les performances de l'épitaxie et des dispositifs épitaxy.

(3) Difficulté de contrôle du dopage: L'introduction d'impuretés externes doit être strictement contrôlée pour obtenir un cristal conducteur avec une structure dopée directionnelle.

(4) Taux de croissance lente: le taux de croissance du carbure de silicium est très lent. Les matériaux de silicium conventionnels n'ont besoin que de 3 jours pour devenir une tige de cristal, tandis que les tiges de cristal en carbure de silicium ont besoin de 7 jours. Cela conduit à une efficacité de production de carbure de silicium naturellement plus faible et à une production très limitée.

D'un autre côté, les paramètres requis pour la croissance épitaxiale du carbure de silicium sont extrêmement élevés, y compris l'étanchéité de l'équipement, la stabilité de la pression du gaz dans la chambre de réaction, le contrôle précis du temps d'introduction du gaz, la précision du rapport gazier et la gestion stricte de la température de dépôt. En particulier, avec l'amélioration de la cote de tension de l'appareil, la difficulté de contrôler les paramètres centraux de la plaquette épitaxiale a considérablement augmenté. De plus, à mesure que l'épaisseur de la couche épitaxiale augmente, comment contrôler l'uniformité de la résistivité et réduire la densité des défauts tout en garantissant que l'épaisseur est devenue un autre défi majeur. Dans le système de contrôle électrifié, il est nécessaire d'intégrer des capteurs et actionneurs de haute précision pour s'assurer que divers paramètres peuvent être contrôlés avec précision et stable. Dans le même temps, l'optimisation de l'algorithme de contrôle est également cruciale. Il doit être en mesure d'ajuster la stratégie de contrôle en temps réel en fonction du signal de rétroaction pour s'adapter à divers changements dans le processus de croissance épitaxial du carbure de silicium.

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