Како да се постигне високо квалитетен раст на кристалот? - печка за раст на кристалот

1. Кој е основниот принцип на печката за раст на кристалот на силиконски карбид?

Работен принцип на печката за раст на кристалот на силиконски карбид е физичка сублимација (ПВТ). Методот PVT е еден од најефикасните методи за одгледување единечни кристали со висока чистота SIC. Through precise control of the thermal field, atmosphere and growth parameters, the silicon carbide crystal growth furnace can operate stably at high temperatures to complete the sublimation, gas phase transmission and condensation crystallization process ofSic во прав.

1.1 Работен принцип на печката за раст

● ПВТ метод

Јадрото на методот ПВТ е да се сублимира силиконскиот карбид во прав во гасовити компоненти на високи температури и кондензација на кристалот на семето преку менувачот на гасната фаза за да се формира единечна структура на кристал. Овој метод има значителни предности во подготовката на кристали со висока чистота, големи димензии.

● Основен процес на раст на кристалот

✔ Сублимација: SIC во прав во садот се сублимира во гасовити компоненти како што се Si, C2 и Sic2 на висока температура над 2000 година.

✔ Транспорт: Под дејство на термички градиент, гасовитите компоненти се пренесуваат од зоната на висока температура (зона во прав) до зоната на ниска температура (површината на кристалот на семето).

✔ Кристализација на кондензација: Нестабилните компоненти се таложеат на површината на кристалот на семето и растат по должината на насоката на решетките за да формираат еден кристал.

1.2 Специфични принципи на раст на кристалот

Процесот на раст на силиконските карбидни кристали е поделен во три фази, кои се тесно поврзани едни со други и влијаат на крајниот квалитет на кристалот.

Sul Sic Subrimation Subrimation: Во услови на висока температура, цврстата SIC (силикон карбид) ќе се сублимира во гасовити силикон (Si) и гасовити јаглерод (C), а реакцијата е како што следува:

Sic (s) → si (g) + c (g)

И покомплексни секундарни реакции за генерирање на нестабилни гасовити компоненти (како што е Sic2). Високата температура е неопходен услов за промовирање на реакции на сублимација.

✔ Транспорт на гас фаза: Гасозните компоненти се транспортираат од зоната на сублимација на садот до зоната на семето под погонот на градиентот на температурата. Стабилноста на протокот на гас ја одредува униформноста на таложењето.

✔ Кристализација на кондензација: На пониски температури, испарливите гасовити компоненти се комбинираат со површината на семето кристал за да формираат цврсти кристали. Овој процес вклучува комплексни механизми на термодинамика и кристалографија.

1.3 Клучни параметри за раст на кристалот на силиконски карбид

Кристалите со висок квалитет на SIC бараат прецизна контрола на следниве параметри:

✔ Температура: Зоната за сублимација треба да се задржи над 2000 ℃ за да се обезбеди целосно распаѓање на прав. Температурата на зоната на семе се контролира на 1600-1800 ℃ за да се обезбеди умерена стапка на таложење.

✔ Притисок: Растот на ПВТ обично се врши во околина со низок притисок од 10-20 тор за одржување на стабилноста на транспортот на гасни фази. От високиот или премногу нискиот притисок ќе доведе до пребрза стапка на раст на кристалот или зголемени дефекти.

✔ Атмосфера: Користете аргон со висока чистота како носител на гас за да избегнете загадување на нечистотии за време на процесот на реакција. Чистотата на атмосферата е клучна за сузбивање на дефекти на кристалот.

✔ Време: Времето на раст на кристалот обично е до десетици часови за да се постигне униформа раст и соодветна дебелина.

2. Која е структурата на печката за раст на кристалот на силиконски карбид?

Оптимизацијата на структурата на печката за раст на кристалот на силиконски карбид главно се фокусира на греење со висока температура, контрола на атмосферата, дизајн на температура на полето и мониторинг.

2.1 Главни компоненти на печката за раст

● Систем за греење со висока температура

✔ Загревање на отпорност: Користете жица за отпорност на висока температура (како што се молибден, волфрам) за директно обезбедување на топлинска енергија. Предноста е точност за контрола на висока температура, но животот е ограничен на висока температура.

✔ Индукциско греење: Греењето на струјата на струјата се создава во садот преку индукциски калем. Има предности на висока ефикасност и не-контакт, но цената на опремата е релативно висока.

● Станица за семе од графит и подлога

✔ Графит со висока чистота, обезбедува стабилност на висока температура.

✔ Дизајнот на станицата за семе мора да ги земе предвид и униформноста на протокот на воздухот и термичката спроводливост.

● Уред за контрола на атмосферата

✔ Опремени со систем за испорака на гас со висока чистота и вентил за регулирање на притисок за да се обезбеди чистота и стабилност на околината за реакција.

● Дизајн на униформност на температурата на полето

✔ Со оптимизирање на дебелината на crucидот на wallидот, дистрибуцијата на грејниот елемент и структурата на топлинскиот штит, се постигнува униформа дистрибуција на температурното поле, намалувајќи го влијанието на термичкиот стрес врз кристалот.

2.2 Температурно поле и дизајн на термички градиент

✔ Важноста на униформноста на температурата на полето: Нерамномерното температурно поле ќе доведе до различни локални стапки на раст и дефекти во кристалот. Единственоста на температурното поле може да се подобри преку ануларен дизајн на симетрија и оптимизација на топлински штит.

✔ Прецизна контрола на термичкиот градиент: Наместете ја дистрибуцијата на електрична енергија на грејачи и користете топлински штитови за да одделите различни области за да ги намалите разликите во температурата. Бидејќи термичките градиенти имаат директно влијание врз дебелината на кристалот и квалитетот на површината.

2.3 Систем за набудување за процес на раст на кристалот

✔ Мониторинг на температурата: Користете сензори за температура на оптички влакна за да ја следите температурата во реално време на зоната на сублимација и зоната на семе. Системот за повратни информации од податоците може автоматски да ја прилагоди моќноста на греењето.

✔ Следење на стапката на раст: Користете ласерска интерферометрија за мерење на стапката на раст на кристалната површина. Комбинирајте ги податоците за набудување со алгоритмите за моделирање за динамично да го оптимизираат процесот.

3. Кои се техничките тешкотии на печката за раст на кристалот на силиконски карбид?

Техничките тесни грла на печката за раст на кристалот на силиконски карбид се главно концентрирани во материјали со висока температура, контрола на температурата на полето, сузбивање на дефекти и проширување на големината.

3.1 Избор и предизвици на материјали со висока температура

Графитлесно се оксидира на екстремно високи температури иSic облогаТреба да се додаде за да се подобри отпорот на оксидација. Квалитетот на облогата директно влијае на животот на печката.

Границата за греење на елементот и границата на температурата. Iresиците на отпорност на висока температура треба да имаат голема отпорност на замор. Опремата за индукција за греење треба да го оптимизира дизајнот на дисипација на топлина на серпентина.

3.2 Прецизна контрола на температурата и термичкото поле

Влијанието на не-униформното термичко поле ќе доведе до зголемување на грешки во редење и дислокации. Моделот за симулација на термичко поле на печката треба да се оптимизира за да се открие проблеми однапред.

Сигурност на опремата за набудување на висока температура. Сензорите со висока температура треба да бидат отпорни на зрачење и термички шок.

3.3 Контрола на кристалните дефекти

Грешки за редење, дислокации и полиморфни хибриди се главните типови на дефекти. Оптимизирањето на термичкото поле и атмосферата помага да се намали густината на дефектот.

Контрола на извори на нечистотии. Употребата на материјали со висока чистота и запечатувањето на печката се клучни за сузбивање на нечистотии.

3.4 Предизвици од раст на кристалот со голема големина

Барањата за униформност на термичко поле за проширување на големината. Кога големината на кристалот се проширува од 4 инчи на 8 инчи, дизајнот на униформност на температурата треба да биде целосно надграден.

Решение за проблеми со попуштање и искривување. Намалете ја деформацијата на кристалот со намалување на градиентот на термички стрес.

4. Кои се суровините за одгледување висококвалитетни кристали на SIC?

Полупроводникот на Ветек разви нова суровина на кристална суровина SIC -Суровина со висока чистота CVD SIC. Овој производ го исполнува домашниот јаз и е исто така на водечко ниво на глобално ниво и ќе биде во долгорочна водечка позиција во конкуренцијата. Традиционалните суровини на силиконски карбид се произведуваат со реакција на силикон и графит со висока чистота, кои се богати со цена, со мала чистота и мала по големина.

Технологијата на флуидизираниот кревет на Vetek Semicontuctor користи метилтрихлорозилан за да генерира силиконски карбид суровини преку хемиско таложење на пареа, а главниот нуспроизвод е хлороводородна киселина. Хлороводородната киселина може да формира соли со неутрализирање со алкали и нема да предизвика загадување на околината. 

Во исто време, метилтрихлорозилан е широко користен индустриски гас со ниски трошоци и широки извори, особено Кина е главниот производител на метилтрихлорозилан. Затоа, висока чистота на Vetek полупроводникотCVD sic суровинаима меѓународна водечка конкурентност во однос на трошоците и квалитетот. Чистотата на суровината на CVD SIC со висока чистота е поголема од 99.9995%.

✔ Голема големина и голема густина: Просечната големина на честички е околу 4-10мм, а големината на честичките на домашните суровини на Ахсон е <2,5мм. Истиот волумен Crucible може да има повеќе од 1,5 килограми суровини, што е погодно за решавање на проблемот со недоволно снабдување со материјали за раст на кристали со голема големина, ублажување на графитизацијата на суровините, намалувањето на завиткување на јаглерод и подобрување на квалитетот на кристалот.

✔ Низок однос Si/C: Тој е поблиску до 1: 1 од суровините на Ахесон на методот на самопропишување, што може да ги намали дефектите предизвикани од зголемувањето на делумниот притисок на СИ.

✔ Висока излезна вредност: Зголемените суровини сè уште го одржуваат прототипот, ја намалуваат рекристализацијата, ја намалуваат графитизацијата на суровините, ги намалуваат дефектите на завиткување на јаглерод и го подобруваат квалитетот на кристалите.

✔ Повисока чистота: Чистотата на суровините произведени со методот на CVD е поголема од онаа на суровините на Ахесон на методот за самопропишување. Содржината на азот достигна 0,09ppm без дополнително прочистување. Оваа суровина исто така може да игра важна улога во полу-изолирачкото поле.

✔ Пониска цена: Единствената стапка на испарување ја олеснува контролата на процесот и квалитетот на производот, истовремено подобрување на стапката на употреба на суровини (стапка на употреба> 50%, 4,5 кг суровини произведуваат 3,5 кг инготи), намалувајќи ги трошоците.

✔ Ниска стапка на грешка на човекот: Депонирањето на хемиската пареа избегнува нечистотии воведени од човековото работење.