Як досягти високоякісного зростання кристалів? - Піч для росту кристалів SIC

1. Який основний принцип піч для росту кристалів карбіду кремнію?

Принцип робочого принципу печі росту кристалів карбіду кремнію - це фізична сублімація (ПВТ). Метод ПВТ-один з найбільш ефективних методів вирощування високоосьо-чистотних монокристалів SIC. За допомогою точного контролю параметрів термічного поля, атмосфери та росту печір для росту карбіду кремнію може працювати стабільно при високих температурах для завершення сублімації, передачі газової фази та процесу кристалізації конденсаціїSIC порошок.

1.1 Принцип робочої печі

● Метод PVT

Ядром методу PVT є субліматний порошок карбіду кремнію в газоподібні компоненти при високих температурах та конденсування на кристалі насіння через передачу газової фази, утворюючи одно кристалічну структуру. Цей метод має значні переваги у підготовці кристалів великого розміру.

● Основний процес росту кристалів

✔ Сублімація: Порошок SIC в тиглі сублімується в газоподібні компоненти, такі як SI, C2 та SIC2 при високій температурі вище 2000 ℃.

✔ Транспорт: Під дією теплового градієнта газоподібні компоненти передаються з зони високої температури (порошкової зони) до низької температури (поверхня кристала насіння).

✔ Кристалізація конденсації: Летючі компоненти осаджуються на поверхні кристала насіння і ростуть уздовж напрямку решітки, утворюючи одноразовий кристал.

1.2 Конкретні принципи росту кристалів

Процес росту кристалів карбіду кремнію поділяється на три етапи, які тісно пов'язані між собою і впливають на кінцеву якість кристала.

Siblimation SIC порошок: У умовах високої температури твердий SIC (карбід кремнію) буде сублімувати в газоподібному кремнії (SI) та газоподібному вуглецю (C), а реакція така:

Sic (s) → si (g) + c (g)

І більш складні вторинні реакції для генерування летких газоподібних компонентів (таких як SIC2). Висока температура є необхідною умовою для сприяння реакціям сублімації.

✔ Транспорт газової фази: Газоподібні компоненти транспортуються із зони сублімації тигель до насіннєвої зони під приводом градієнта температури. Стабільність потоку газу визначає рівномірність осадження.

✔ Кристалізація конденсації: При нижчих температурах летючі газоподібні компоненти поєднуються з поверхнею кристала насіння, утворюючи тверді кристали. Цей процес включає складні механізми термодинаміки та кристалографії.

1.3 Ключові параметри для росту кристалів карбіду кремнію

Якісні кристали SIC вимагають точного контролю таких параметрів:

✔ Температура: Сублімаційну зону потрібно зберегти вище 2000 ℃, щоб забезпечити повне розкладання порошку. Температура насіннєвої зони контролюється при 1600-1800 ℃, щоб забезпечити помірну швидкість осадження.

✔ Тиск: Зростання ПВТ зазвичай проводяться в середовищі низького тиску 10-20 TORR для підтримки стабільності транспорту газової фази. Високий або занадто низький тиск призведе до занадто швидкої швидкості росту кристалів або підвищених дефектів.

✔ Атмосфера: Використовуйте аргон високої чистоти як газ-носій, щоб уникнути забруднення домішок під час реакційного процесу. Чистота атмосфери має вирішальне значення для придушення дефектів кристалів.

✔ Час: Час росту кристалів, як правило, до десятків годин для досягнення рівномірного росту та відповідної товщини.

2. Яка конструкція піч для росту кристалів карбіду кремнію?

Оптимізація структури печі росту кристалів карбіду кремнію в основному фокусується на високотемпературному нагріванні, контролі атмосфери, проектуванні температурних поля та моніторингу.

2.1 Основні компоненти печі росту

● Високотемпературна система опалення

✔ Нагрівання опору: Використовуйте дріт високотемпературного резистентності (наприклад, молібден, вольфрам), щоб безпосередньо забезпечити теплову енергію. Перевага - точність високої температури, але життя обмежене при високій температурі.

✔ Індукційне нагрівання: нагрівання вихрового струму генерується в тиглі через індукційну котушку. Він має переваги високої ефективності та безконтактного, але вартість обладнання відносно висока.

● Графітова тигель та насіннєва станція

✔ Графітовий тигель з високою чистотою забезпечує стабільність високої температури.

✔ Конструкція насіннєвої станції повинна враховувати рівномірність повітря, і теплопровідність.

● Пристрій управління атмосферою

✔ оснащена системою доставки газу з високою чистотою та клапаном, що регулює тиск, щоб забезпечити чистоту та стабільність реакційного середовища.

● ПРОЕКТУРНІСТЬ ТЕМПЕРІНИТЕЛЬНОГО РОЗМІРУ

✔ Оптимізуючи товщину стінки тигель, розподіл нагрівальних елементів та структуру теплового щита, досягається рівномірний розподіл температурного поля, що зменшує вплив теплового напруження на кристал.

2.2 Поле температури та конструкція теплового градієнта

✔ Важливість рівномірності температурного поля: Нерівномірне температурне поле призведе до різних місцевих темпів росту та дефектів всередині кристала. Рівномірність температурного поля може бути значно вдосконалена за допомогою кільцевої конструкції симетрії та оптимізації теплового щита.

✔ Точний контроль теплового градієнта: Відрегулюйте розподіл потужності обігрівачів і використовуйте теплові екрани для розділення різних областей, щоб зменшити різницю температури. Тому що теплові градієнти мають прямий вплив на товщину кристалів та якість поверхні.

2.3 Система моніторингу процесу росту кристалів

✔ Моніторинг температури: Використовуйте датчики температури волоконно-оптики для моніторингу температури в режимі реального часу зони сублімації та насіннєвої зони. Система зворотного зв'язку даних може автоматично регулювати потужність нагріву.

✔ Моніторинг темпів зростання: Використовуйте лазерну інтерферометрію для вимірювання швидкості росту поверхні кристалів. Поєднайте дані моніторингу з алгоритмами моделювання для динамічного оптимізації процесу.

3. Які технічні труднощі печі росту кристалів карбіду кремнію?

Технічні вузькі вузькі місця печі росту кристалів карбіду кремнію в основному зосереджені на високотемпературних матеріалах, контролі температури, придушення дефектів та розширення розміру.

3.1 Вибір та виклики високотемпературних матеріалів

Графітлегко окислюється при надзвичайно високих температурах іSIC покриттяПотрібно додати для поліпшення стійкості до окислення. Якість покриття безпосередньо впливає на життя печі.

Життя елемента нагрівання та обмеження температури. Високотемпературні дроти опору повинні мати високу стійкість до втоми. Індукційне опалення необхідно оптимізувати конструкцію розсіювання тепла котушки.

3.2 Точне контроль температури та теплового поля

Вплив нерівномірного теплового поля призведе до збільшення розломів та дислокацій укладання. Модель моделювання теплового поля печі повинна бути оптимізована для виявлення проблем заздалегідь.

Надійність високотемпературного обладнання для моніторингу. Високотемпературні датчики повинні бути стійкими до випромінювання та теплового удару.

3.3 Контроль кристалів дефектів

Укладання несправностей, дислокацій та поліморфних гібридів є основними типами дефектів. Оптимізація теплового поля та атмосфери допомагає зменшити щільність дефектів.

Контроль джерел домішок. Використання матеріалів високої чистоти та герметизації печі мають вирішальне значення для придушення домішок.

3.4 Проблеми зростання кристалів великого розміру

Вимоги про однакоість теплового поля для розширення розміру. Коли розмір кристалів розширюється від 4 дюймів до 8 дюймів, конструкція рівномірності температурного поля повинна бути повністю модернізована.

Рішення проблем з тріском та викривленням. Зменшіть деформацію кристалі за рахунок зменшення градієнта теплового стресу.

4. Яка сировина для вирощування високоякісних кристалів SIC?

Vetek Semiconductor розробив нову монокристалічну сировину SIC -Висока чистота cvd sic сировина. Цей продукт заповнює внутрішній проміжок, а також знаходиться на провідному рівні в усьому світі, і він буде в довгостроковій місцевості в змаганнях. Традиційна сировина з карбіду кремнію виробляється шляхом реакції кремнію та графіту високої чистоти, які мають високу вартість, низьку чистоту та невеликі розміри.

Технологія плюхової шафі Vitek Semiconductor використовує метилтріхлорсилан для отримання сировини кремнію карбіду за допомогою хімічного осадження пари, а основним побічним продуктом є соляна кислота. Соляна кислота може утворювати солі, нейтралізуючи лугом, і не спричинить забруднення навколишнього середовища. 

У той же час, метилтріхлорсилан є широко використовуваним промисловим газом з низькою вартістю та широкими джерелами, особливо Китай є головним виробником метилтріхлоросилану. Тому висока чистота напівпровідника VetekCVD SIC сировинамає міжнародну провідну конкурентоспроможність з точки зору вартості та якості. Чистота сировини високої чистоти SIC SIC перевищує 99,9995%.

✔ Великий розмір і висока щільність: Середній розмір частинок становить близько 4-10 мм, а розмір частинок домашньої сировини Acheson-<2,5 мм. Цей же об'ємний тигель може містити більше 1,5 кг сировини, що сприяє вирішенню проблеми недостатнього постачання матеріалів росту кристалів великого розміру, полегшуючи графітизацію сировини, зниження обгортання вуглецю та покращення якості кристалів.

✔ Низьке співвідношення Si/C: Він ближче до 1: 1, ніж сировина ACHESON методу самозв'язування, яка може зменшити дефекти, спричинені збільшенням часткового тиску СІ.

✔ Високе вихідне значення: Вирощена сировина все ще підтримує прототип, зменшує перекристалізацію, зменшує графітизацію сировини, зменшує дефекти обгортання вуглецю та покращує якість кристалів.

✔ Вища чистота: Чистота сировини, що виробляється методом ССЗ, вища, ніж у сировини Acheson методу самозавантаження. Вміст азоту досяг 0,09ppm без додаткового очищення. Ця сировина також може відігравати важливу роль у напівізоляційній галузі.

✔ менша вартість: Рівномірна швидкість випаровування полегшує процес та контроль якості продукції, при цьому покращуючи швидкість використання сировини (швидкість використання> 50%, 4,5 кг сировини виробляють 3,5 кг злиття), зменшуючи витрати.

✔ Низька швидкість помилок людини: Осадження хімічної пари уникає домішок, введених людською експлуатацією.