Kuidas saavutada kvaliteetset kristallide kasvu? - SIC kristallide kasvu ahi

1. Milline on räni karbiidi kristallide kasvu ahju põhiprintsiip?

Räni karbiidi kristallide kasvu ahju tööpõhimõte on füüsiline sublimatsioon (PVT). PVT-meetod on üks tõhusamaid meetodeid kõrge puhtusastmega sic-ühekristallide kasvatamiseks. Termovälja, atmosfääri ja kasvuparameetrite täpse kontrolli kaudu saab räni karbiidi kristallkasvu ahi toimida kõrgel temperatuuril stabiilselt, et lõpule viia sublimatsioonSic pulber.

1.1 Kasvuahju tööpõhimõte

● PVT meetod

PVT -meetodi tuum on sublimeeritud räni karbiidipulbri sublimeerida kõrgetel temperatuuridel gaasilisteks komponentideks ja seemnekristalli kondenseeruda läbi gaasifaasi ülekande, moodustades ühe kristallstruktuuri. Sellel meetodil on märkimisväärsed eelised suure puhtusastmega, suure suurusega kristallide ettevalmistamisel.

● Kristallide kasvu põhiprotsess

✔ sublimatsioon: SIC -pulber tiiglis sublimeeritakse gaasilisteks komponentideks nagu Si, C2 ja SIC2 kõrgel temperatuuril üle 2000 ℃.

✔ Transport: Termilise gradiendi toimel edastatakse gaasilised komponendid kõrge temperatuuri tsoonist (pulbervöönd) madala temperatuuriga tsooni (seemnekristallpind).

✔ Kondensatsiooni kristalliseerumine: Lenduvad komponendid sadestuvad seemnekristalli pinnal ja kasvavad piki võre suuna, moodustades üksikkristalli.

1.2 Kristallide kasvu konkreetsed põhimõtted

Räni karbiidi kristallide kasvuprotsess jaguneb kolmeks etapiks, mis on üksteisega tihedalt seotud ja mõjutavad kristalli lõplikku kvaliteeti.

✔ SIC pulbri sublimatsioon: Kõrgete temperatuuri tingimustes alandab tahke SIC (räni karbiidi) gaasilise räni (SI) ja gaasilise süsiniku (C) ning reaktsioon on järgmine:

SIC (S) → SI (G) + C (g)

Ja keerukamad sekundaarsed reaktsioonid lenduvate gaasiliste komponentide (näiteks SIC2) genereerimiseks. Kõrge temperatuur on vajalik tingimus sublimatsioonireaktsioonide soodustamiseks.

✔ Gaasifaasi transport: Gaasilised komponendid transporditakse tiigli sublimatsioonitsoonist seemnetsooni temperatuurigradiendi ajami all. Gaasivoolu stabiilsus määrab sadestumise ühtluse.

✔ Kondensatsiooni kristalliseerumine: Madalamatel temperatuuridel ühendavad lenduvad gaasilised komponendid tahkete kristallide moodustamiseks seemnekristalli pinnaga. See protsess hõlmab termodünaamika ja kristallograafia keerulisi mehhanisme.

1.3 Räni karbiidi kristallide kasvu peamised parameetrid

Kvaliteetsed SIC kristallid vajavad järgmiste parameetrite täpset kontrolli:

✔ temperatuur: Sublimatsioonitsooni tuleb pulbri täieliku lagunemise tagamiseks hoida üle 2000 ℃. Mõõduka sadestumiskiiruse tagamiseks kontrollitakse seemnetsooni temperatuuri temperatuuril 1600–1800.

✔ Rõhk: PVT kasvu viiakse tavaliselt läbi madala rõhuga keskkonnas 10-20 Torr, et säilitada gaasifaasi transpordi stabiilsus. Kõrge või liiga madal rõhk põhjustab liiga kiiret kristallide kasvukiirust või suurenenud defekte.

✔ Atmosfäär: Kasutage kandegaasina kõrge puhtusega argooni, et vältida reaktsiooniprotsessi ajal lisandite saastumist. Atmosfääri puhtus on kristallidefektide mahasurumiseks ülioluline.

✔ Aeg: Ühtse kasvu ja sobiva paksuse saavutamiseks on kristallide kasvu aeg tavaliselt kuni kümnete tundideni.

2. Milline on räni karbiidi kristallide kasvu ahju struktuur?

Räni karbiidi kristallkasvu ahju struktuuri optimeerimine keskendub peamiselt kõrgtemperatuuridele, atmosfääri juhtimisele, temperatuurivälja kujundamisele ja seiresüsteemile.

2.1 Kasvuahju põhikomponendid

● Kõrge temperatuuriga küttesüsteem

✔ Takistuskütte: kasutage soojusenergia otseseks tagamiseks kõrge temperatuuriga vastupidavustraati (näiteks Molübdeen, volfram). Eeliseks on kõrge temperatuuri kontrolli täpsus, kuid eluiga on piiratud kõrgel temperatuuril.

✔ Induktsiooni kuumutamine: pöörisvoolu kuumutamine genereeritakse tiiglis induktsioonimähise kaudu. Sellel on kõrge tõhususe ja kontakti eelised, kuid seadmete maksumus on suhteliselt kõrge.

● Grafiidi tiigli- ja substraadi seemnejaam

✔ Kõrgpuhustusega grafiidi tiiglis tagab kõrge temperatuuri stabiilsuse.

✔ Seemnejaama disain peab arvestama nii õhuvoolu ühtluse kui ka soojusjuhtivusega.

● Atmosfääri juhtimisseade

✔ Varustatud kõrge puhtusastmega gaasi manustamissüsteemi ja rõhu reguleeriv ventiiliga, et tagada reaktsioonikeskkonna puhtus ja stabiilsus.

● Temperatuurivälja ühtluse kujundus

✔ Optimeerides tiigli seina paksust, kuumuta elementide jaotust ja kuumuskilbi struktuuri, saavutatakse temperatuurivälja ühtlane jaotus, vähendades soojuspinge mõju kristallile.

2.2 Temperatuuriväli ja termiline gradiendi kujundus

✔ Temperatuurivälja ühtluse tähtsus: Ebaühtlane temperatuuriväli põhjustab erinevaid kohalikke kasvukiirusi ja defekte kristalli sees. Temperatuurivälja ühtlust saab oluliselt parandada rõngakujulise sümmeetria kujunduse ja soojuskilbi optimeerimise kaudu.

✔ Termilise gradiendi täpne kontroll: Reguleerige küttekehade energiajaotust ja kasutage temperatuuride erinevuste vähendamiseks erinevate alade eraldamiseks kuumakilpe. Kuna termilised gradiendid mõjutavad otsest mõju kristalli paksusele ja pinna kvaliteedile.

2.3 Kristallide kasvuprotsessi seiresüsteem

✔ Temperatuuri jälgimine: Sublimatsioonitsooni ja seemnetsooni reaalajas temperatuuri jälgimiseks kasutage kiudoptilise temperatuuriandureid. Andmete tagasiside süsteem saab küttevõimsust automaatselt reguleerida.

✔ Kasvumäära jälgimine: Kristallpinna kasvukiiruse mõõtmiseks kasutage laseriinterferomeetriat. Protsessi dünaamiliseks optimeerimiseks ühendage seireandmed modelleerimisalgoritmidega.

3. Millised on räni karbiidi kristallide kasvu ahju tehnilised raskused?

Räni karbiidi kristallkasvu ahju tehnilised kitsaskohad on peamiselt kontsentreeritud kõrge temperatuuriga materjalides, temperatuurivälja juhtimises, defektide mahasurumises ja suuruse laienemises.

3.1 Kõrgtemperatuuriliste materjalide valik ja väljakutsed

Grafiiton hõlpsasti oksüdeeritav äärmiselt kõrgetel temperatuuridel jaSic -kattekihtOksüdatsiooniresistentsuse parandamiseks tuleb lisada. Katte kvaliteet mõjutab otseselt ahju eluiga.

Kütteelemendi eluiga ja temperatuuri piir. Kõrgtemperatuuriga takistusjuhtmetel peab olema kõrge väsimuskindlus. Sisseadme kütteseadmed peavad optimeerima mähise soojuse hajumise disaini.

3.2 Temperatuuri ja soojusvälja täpne kontroll

Ebaühtlase soojusvälja mõju põhjustab virnastamise tõrgete ja nihestuste suurenemist. Ahju soojusvälja simulatsioonimudel tuleb probleemide eelneva tuvastamiseks optimeerida.

Kõrgtemperatuuriliste seireseadmete usaldusväärsus. Kõrgtemperatuuriga andurid peavad olema kiirguse ja termilise šoki suhtes vastupidavad.

3.3 Kristallidefektide kontroll

Peamised defekti tüübid on virnastamine, nihestused ja polümorfsed hübriidid. Termovälja ja atmosfääri optimeerimine aitab vähendada defekti tihedust.

Lisandite allikate kontroll. Kõrgpuhustusega materjalide kasutamine ja ahju tihendamine on olulised lisandite mahasurumiseks.

3.4 Kristallide suure kasvu väljakutsed

Suuruse laiendamise termilise välja ühtluse nõuded. Kui kristalli suurust laiendatakse 4 tollilt 8 tolli, tuleb temperatuurivälja ühtluse kujundus täielikult täiendada.

Lahendus pragudele ja väändumisprobleemidele. Vähendage kristallide deformatsiooni, vähendades termilist stressi gradienti.

4. Millised on kvaliteetsete SIC kristallide kasvatamise toorained?

Vetek Semiconductor on välja töötanud uue SIC üksikkristalli tooraine -Kõrge puhtus CVD sic tooraine. See toode täidab kodumaise lõhe ja on ka juhtiv tasemel kogu maailmas ning on konkurentsil pikaajaline juhtpositsioon. Traditsioonilisi räni karbiidi tooraineid toodetakse kõrge puhtusarja räni ja grafiidi reaktsiooniga, mille hind on kõrge, madala ja väikese suurusega.

Vetek Semiconductori vedeliku vooditehnoloogia kasutab metüültriklorosilaani räni karbiidi tooraine genereerimiseks keemilise aurude sadestumise kaudu ja peamine kõrvalsaadus on vesinikkloriidhape. Vesinikkloriidhape võib moodustada soolasid, neutraliseerides leelisega ega põhjusta keskkonnale mingit reostust. 

Samal ajal on metüültriklorosilaan laialt kasutatav tööstuslik gaas, millel on odavad ja laiad allikad, eriti Hiina on metüültriklorosilaani peamine tootja. Seetõttu Vetek Semiconductori kõrge puhtusCVD sic tooraineon rahvusvaheline juhtiv konkurentsivõime kulude ja kvaliteedi osas. Suure puhtuse CVD puhtus on suurem kui 99,9995%.

✔ Suur suurus ja kõrge tihedus: Keskmine osakeste suurus on umbes 4-10 mm ja koduste Achesoni toorainete osakeste suurus on <2,5 mm. Sama mahuga tiiglis mahutab rohkem kui 1,5 kg toorainet, mis soodustab suure suurusega kristallide kasvu materjalide ebapiisava tarnimise probleemi lahendamist, leevendades tooraine grafitiseerimist, vähendades süsiniku pakkimist ja parandades kristallide kvaliteeti.

✔ Madal SI/C suhe: See on lähemal 1: 1-le kui isekaldatava meetodi Achesoni tooraine, mis võib vähendada SI osalise rõhu suurenemise põhjustatud defekte.

✔ Suur väljundväärtus: Kasvanud tooraine säilitab endiselt prototüüpi, vähendavad ümberkristallimist, vähendavad toorainete grafitiseerimist, vähendavad süsiniku pakkimise defekte ja parandavad kristallide kvaliteeti.

✔ Kõrgem puhtus: CVD-meetodil toodetud tooraine puhtus on suurem kui ise levitava meetodi Achesoni toorainete oma. Lämmastiku sisaldus on jõudnud 0,09 ppm -ni ilma täiendava puhastamiseta. See tooraine võib mängida olulist rolli ka poolisolatsiooni valdkonnas.

✔ Madalamad kulud: Ühtne aurustumismäär hõlbustab protsessi ja toodete kvaliteedikontrolli, parandades samal ajal toorainete kasutamise määra (kasutusmäär> 50%, 4,5 kg toorainet toodab 3,5 kg valuplokki), vähendades kulusid.

✔ Madal inimlik veamäär: Keemilise aurude sadestumine väldib inimtegevusega seotud lisandeid.