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Four de croissance cristalline en carbure de silicium (SiC)

2024-05-24

La croissance cristalline est le maillon central de la production deSubstrats en carbure de silicium, et l'équipement de base est le four de croissance cristalline. Semblable aux fours de croissance cristalline traditionnels de qualité silicium cristallin, la structure du four n'est pas très complexe et se compose principalement d'un corps de four, d'un système de chauffage, d'un mécanisme de transmission à bobine, d'un système d'acquisition et de mesure du vide, d'un système de chemin de gaz, d'un système de refroidissement. , un système de contrôle, etc., parmi lesquels le champ thermique et les conditions de processus déterminent la qualité, la taille, les propriétés conductrices et d'autres indicateurs clés deCristaux de carbure de silicium.




La température pendant la croissance decristaux de carbure de siliciumest très élevé et ne peut pas être surveillé, la principale difficulté réside donc dans le processus lui-même.

(1) Le contrôle du champ thermique est difficile : La surveillance des cavités fermées à haute température est difficile et incontrôlable. Différent de l'équipement de croissance cristalline Czochralski traditionnel à base de silicium, qui présente un degré élevé d'automatisation et le processus de croissance cristalline peut être observé et contrôlé, les cristaux de carbure de silicium se développent dans un espace fermé à une température élevée de plus de 2 000 °C, et le la température de croissance doit être contrôlée avec précision pendant la production. , le contrôle de la température est difficile ;

(2) Il est difficile de contrôler la forme cristalline : des défauts tels que des microtubules, des inclusions polytypiques et des dislocations sont susceptibles de se produire au cours du processus de croissance, et ils interagissent et évoluent les uns avec les autres. Les microtuyaux (MP) sont des défauts pénétrants dont les tailles vont de quelques microns à des dizaines de microns et sont des défauts mortels des appareils ; Les monocristaux de carbure de silicium comprennent plus de 200 formes cristallines différentes, mais seules quelques structures cristallines (type 4H) sont disponibles. Il s'agit d'un matériau semi-conducteur nécessaire à la production. Au cours du processus de croissance, une transformation cristalline est susceptible de se produire, provoquant des défauts d'inclusion de plusieurs types. Par conséquent, il est nécessaire de contrôler avec précision des 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, croissance monocristalline de carbure de silicium Il existe un gradient de température dans le champ thermique, ce qui conduit à l'existence de défauts tels que la contrainte interne native et les dislocations qui en résultent (dislocation du plan basal BPD, dislocation de vis TSD, dislocation de bord TED) pendant la formation du cristal. processus de croissance, affectant ainsi l'épitaxie et les dispositifs ultérieurs. qualité et performances.

(3) Le contrôle du dopage est difficile : l'introduction d'impuretés externes doit être strictement contrôlée pour obtenir des cristaux conducteurs dopés directionnellement ;

(4) Taux de croissance lent : Le taux de croissance des cristaux du carbure de silicium est très lent. Il ne faut que 3 jours au matériau de silicium traditionnel pour se transformer en une tige de cristal, alors qu'il faut 7 jours pour une tige de cristal en carbure de silicium. Il en résulte une diminution naturelle de l'efficacité de production du carbure de silicium. Plus bas, le rendement est très limité.

D'autre part, les paramètres de croissance épitaxiale du carbure de silicium sont extrêmement exigeants, notamment l'étanchéité à l'air de l'équipement, la stabilité de la pression de la chambre de réaction, le contrôle précis du temps d'introduction du gaz, la précision du rapport gazeux et le strict gestion de la température de dépôt. En particulier, à mesure que le niveau de tension des dispositifs augmente, la difficulté de contrôler les paramètres de base des tranches épitaxiales augmente considérablement.

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 l’épaisseur est devenu un autre défi majeur. Dans les systèmes de contrôle électrifiés, il est nécessaire d’intégrer des capteurs et des actionneurs de haute précision pour garantir que divers paramètres peuvent être régulés de manière précise et stable. Dans le même temps, l’optimisation de l’algorithme de contrôle est également cruciale. Il doit être capable d'ajuster la stratégie de contrôle en fonction de signaux de rétroaction en temps réel pour s'adapter aux divers changements dans le processus de croissance épitaxiale du carbure de silicium.



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