Как да постигнем висококачествен растеж на кристалите? - пещ за растеж на кристали SIC

1. Кой е основният принцип на пещта за растеж на кристали от силициев карбид?

Принципът на работното място на пещта за растеж на кристали от силициев карбид е физическата сублимация (PVT). Методът на PVT е един от най-ефективните методи за увеличаване на SIC единичните кристали с висока чистота. Чрез прецизен контрол на параметрите на термичното поле, атмосферата и растежа, пещта за растеж на кристали от силициев карбид може да работи стабилно при високи температури, за да завърши сублимацията, предаването на газовата фаза и процеса на кристализация на кондензацията на процеса на кристализация на кондензацията наSic прах.

1.1 Принцип на работа на пещта за растеж

● PVT метод

Ядрото на метода на PVT е да се сублимират силициев карбиден прах в газообразни компоненти при високи температури и да се кондензира върху кристала на семената чрез предаване на газова фаза, за да се образува единична кристална структура. Този метод има значителни предимства при приготвянето на кристали с голям размер, голям размер.

● Основен процес на растеж на кристалите

✔ сублимация: SIC прахът в тигела се сублимира в газообразни компоненти като Si, C2 и SIC2 при висока температура над 2000 ℃.

✔ Транспорт: Под действието на термичния градиент, газообразните компоненти се предават от зоната с висока температура (прахообразна зона) до зона с ниска температура (повърхност на кристала на семената).

✔ Кристализация на кондензацията: Летливите компоненти се утаяват върху повърхността на кристала на семената и растат по посоката на решетката, за да образуват единичен кристал.

1.2 Специфични принципи на растежа на кристалите

Процесът на растеж на кристалите на силициевия карбид е разделен на три етапа, които са тясно свързани помежду си и засягат крайното качество на кристала.

✔ sic прах сублимация: При високотемпературни условия твърд SIC (силициев карбид) ще сублимира в газообразен силиций (Si) и газообразен въглерод (С), а реакцията е както следва:

Sic (s) → si (g) + c (g)

И по -сложни вторични реакции за генериране на летливи газообразни компоненти (като SIC2). Високата температура е необходимо условие за насърчаване на реакциите на сублимация.

✔ Транспорт на газова фаза: Газообразните компоненти се транспортират от зоната на сублимация на тигела до зоната на семената под задвижването на градиента на температурата. Стабилността на газовия поток определя равномерността на отлагането.

✔ Кристализация на кондензацията: При по -ниски температури летливите газообразни компоненти се комбинират с повърхността на кристала на семена, за да образуват твърди кристали. Този процес включва сложни механизми на термодинамика и кристалография.

1.3 Основни параметри за растежа на кристала на силициев карбид

Висококачествените SIC кристали изискват прецизен контрол на следните параметри:

✔ Температура: Зоната на сублимацията трябва да се поддържа над 2000 г. ℃, за да се осигури пълно разлагане на праха. Температурата на зоната на семената се контролира на 1600-1800 ℃, за да се осигури умерена скорост на отлагане.

✔ Налягане: Ръстът на PVT обикновено се осъществява в среда с ниско налягане от 10-20 TORR, за да се поддържа стабилността на транспорта на газовата фаза. TOOO високо или твърде ниско налягане ще доведе до твърде бърз темп на растеж на кристалите или повишени дефекти.

✔ Атмосфера: Използвайте аргона с висока чистота като носител на газ, за ​​да избегнете замърсяване на нечистотата по време на реакционния процес. Чистотата на атмосферата е от решаващо значение за потискането на кристалните дефекти.

✔ Време: Времето за растеж на кристалите обикновено е до десетки часове, за да се постигне равномерен растеж и подходяща дебелина.

2. Каква е структурата на пещта за растеж на кристали от силициев карбид?

Оптимизирането на структурата на пещта за растеж на кристали от силициев карбид се фокусира главно върху високотемпературно отопление, контрол на атмосферата, дизайн на температурата и система за мониторинг.

2.1 Основни компоненти на пещта за растеж

● Високотемпературна отоплителна система

✔ Отопление на устойчивост: Използвайте високотемпературна жица (като молибден, волфрам), за да осигурите директно топлинна енергия. Предимството е точността на контрола с висока температура, но животът е ограничен при висока температура.

✔ Индукционно отопление: Отоплението на вихровия ток се генерира в тигела чрез индукционна намотка. Той има предимствата на висока ефективност и безконтакт, но цената на оборудването е сравнително висока.

● Графитен тигел и станция за семена от субстрат

Графит Crucible с висока чист осигурява стабилност на високотемпературата.

✔ Дизайнът на семенната станция трябва да отчита както еднаквостта на въздушния поток, така и термичната проводимост.

● Устройство за контрол на атмосферата

✔ Оборудвана със система за доставяне на газ с висока чист и клапан за регулиране на налягането, за да се гарантира чистотата и стабилността на реакционната среда.

● Дизайн на равномерност на температурата на полето

✔ Чрез оптимизиране на дебелината на стената на тигела, разпределението на отоплителните елементи и структурата на термичния щит, се постига равномерното разпределение на температурното поле, намалявайки въздействието на топлинния стрес върху кристала.

2.2 Температурно поле и дизайн на термичен градиент

✔ Значение на равномерността на температурата на полето: Неравномерното температурно поле ще доведе до различни местни темпове на растеж и дефекти вътре в кристала. Еднородността на температурното поле може значително да се подобри чрез дизайна на пръстеновидната симетрия и оптимизацията на топлинния щит.

✔ Прецизен контрол на термичния градиент: Регулирайте разпределението на мощността на нагревателите и използвайте топлинни щитове, за да разделите различни области, за да намалите температурните разлики. Тъй като термичните градиенти имат пряко влияние върху дебелината на кристала и качеството на повърхността.

2.3 Система за наблюдение на процеса на растеж на кристалите

✔ Мониторинг на температурата: Използвайте сензори за оптична температура, за да наблюдавате температурата в реално време на зоната на сублимация и зоната на семената. Системата за обратна връзка с данни може автоматично да регулира мощността на отоплението.

✔ Мониторинг на скоростта на растеж: Използвайте лазерна интерферометрия, за да измервате скоростта на растеж на кристалната повърхност. Комбинирайте данни за мониторинг с алгоритми за моделиране, за да оптимизирате динамично процеса.

3. Какви са техническите затруднения на пещта за растеж на кристали от силициев карбид?

Техническите затруднения на пещта за растеж на кристали от силициев карбид са концентрирани главно във високотемпературни материали, контрол на температурата, потискане на дефекти и разширяване на размера.

3.1 Избор и предизвикателства на високотемпературни материали

Графитлесно се окислява при изключително високи температури иSic покритиетрябва да се добави, за да се подобри устойчивостта на окисляване. Качеството на покритието пряко влияе върху живота на пещта.

ОТОПЛЕНИЕ НА ЕЛЕМЕНТИТЕ ЖИВОТ И Температурата Високотемпературните проводници трябва да имат висока устойчивост на умора. Индукционното отоплително оборудване трябва да оптимизира дизайна на разсейването на топлината на бобината.

3.2 Прецизно управление на температурата и топлинното поле

Влиянието на неравномерното термично поле ще доведе до увеличаване на неизправностите и дислокациите на подреждането. Моделът за симулация на топлинно поле на пещта трябва да бъде оптимизиран, за да открие проблеми предварително.

Надеждност на оборудване за мониторинг с висока температура. Високотемпературните сензори трябва да бъдат устойчиви на радиация и термичен шок.

3.3 Контрол на кристалните дефекти

Изпълнението на неизправности, дислокации и полиморфни хибриди са основните типове дефекти. Оптимизирането на термичното поле и атмосферата помага да се намали плътността на дефекта.

Контрол на източниците на примеси. Използването на материали с висока чистота и запечатването на пещта са от решаващо значение за потискането на нечистотата.

3.4 Предизвикателства на растежа на кристалите с голям размер

Изискванията за еднообразие на термичното поле за разширяване на размера. Когато размерът на кристала се разшири от 4 инча до 8 инча, дизайнът на равномерността на температурата на полето трябва да бъде напълно модернизиран.

Решение за напукване и изкривяване на проблемите. Намалете деформацията на кристала чрез намаляване на градиента на термичния стрес.

4. Какви са суровините за отглеждане на висококачествени SIC кристали?

Vetek Semiconductor е разработил нова SIC единична кристална суровина -Суровина с висока чистота cvd sic. Този продукт запълва вътрешната пропаст и също е на водещото ниво в световен мащаб и ще бъде в дългосрочна водеща позиция в състезанието. Традиционните суровини от силициев карбид се произвеждат от реакцията на силициев и графит с висока чистота, които са с висока цена, с ниска чистота и с малки размери.

Технологията на леглата на Vetek Semiconductor използва метилтрихлоросилан за генериране на суровини от силициев карбид чрез отлагане на химически пари, а основният страничен продукт е солната киселина. Хидрохлоричната киселина може да образува соли чрез неутрализиране с алкали и няма да причини замърсяване на околната среда. 

В същото време метилтрихлоросиланът е широко използван промишлен газ с ниска цена и широки източници, особено Китай е основен производител на метилтрихлоросилан. Следователно високата чистота на полупроводника на VetekCVD sic суровинаима международна водеща конкурентоспособност по отношение на разходите и качеството. Чистотата на СТРОВОТО СТРАНА СТРАНА СТРАНА Е СТРАНА НА 99.9995%.

✔ Голям размер и висока плътност: Средният размер на частиците е около 4-10 мм, а размерът на частиците на суровините на битовите Acheson е <2,5 мм. Същият обем Crucible може да побере повече от 1,5 кг суровини, което е благоприятно за решаването на проблема с недостатъчното снабдяване с кристални материали с голям размер, облекчаване на графитизацията на суровините, намаляване на опаковането на въглерод и подобряване на качеството на кристалите.

✔ Ниско съотношение SI/C: Той е по-близо до 1: 1, отколкото ачесоновите суровини на метода за самопропагация, което може да намали дефектите, предизвикани от увеличаването на частичното налягане на SI.

✔ Висока стойност на изхода: Порасналите суровини все още поддържат прототипа, намаляват прекристализацията, намаляват графитизацията на суровините, намаляват дефектите на въглеродната опаковка и подобряват качеството на кристалите.

✔ По -висока чистота: Чистотата на суровините, произведени по метода на CVD, е по-висока от тази на ачесоновите суровини на метода за самопропаждане. Съдържанието на азот е достигнало 0,09ppm без допълнително пречистване. Тази суровина също може да играе важна роля в полу-инсулиращото поле.

✔ По -ниска цена: Еднообразната скорост на изпаряване улеснява контрола на процеса и качеството на продукта, като същевременно подобрява скоростта на използване на суровините (скорост на използване> 50%, 4,5 кг суровини произвеждат 3,5 кг блокове), намалявайки разходите.

✔ Ниска степен на човешки грешки: Химическото отлагане на пари избягва примесите, въведени от човешката работа.