Cum se realizează o creștere a cristalului de înaltă calitate? - cuptor de creștere a cristalului sic

1. Care este principiul de bază al cuptorului de creștere a cristalelor din carbură de siliciu?

Principiul de lucru al cuptorului de creștere a cristalului din carbură de siliciu este sublimarea fizică (PVT). Metoda PVT este una dintre cele mai eficiente metode pentru creșterea cristalelor SIC de înaltă puritate. Prin controlul precis al câmpului termic, al atmosferei și al parametrilor de creștere, cuptorul de creștere a cristalelor din carbură de siliciu poate funcționa stabil la temperaturi ridicate pentru a finaliza sublimarea, transmiterea fazei gazelor și procesul de cristalizare a condensului a procesuluiSiC pulbere.

1.1 Principiul de lucru al cuptorului de creștere

● Metoda PVT

Nucleul metodei PVT este de a sublima pulberea de carbură de siliciu în componente gazoase la temperaturi ridicate și de a condensa pe cristalul de semințe prin transmisia fazei gazelor pentru a forma o singură structură de cristal. Această metodă are avantaje semnificative în pregătirea cristalelor de înaltă puritate, de dimensiuni mari.

● Procesul de bază al creșterii cristalelor

✔ Sublimarea: Pulberea sic din creuzet este sublimată în componente gazoase precum Si, C2 și SIC2 la o temperatură ridicată peste 2000 ℃.

✔ Transport: Sub acțiunea gradientului termic, componentele gazoase sunt transmise din zona de temperatură ridicată (zona pulberii) până la zona de temperatură joasă (suprafața cristalului de semințe).

✔ Cristalizarea condensului: Componentele volatile precipită pe suprafața cristalului de semințe și cresc de -a lungul direcției de zăpadă pentru a forma un singur cristal.

1.2 Principii specifice ale creșterii cristalelor

Procesul de creștere al cristalelor de carbură de siliciu este împărțit în trei etape, care sunt strâns legate între ele și afectează calitatea finală a cristalului.

✔ sic sublimare pulbere: În condiții de temperatură ridicată, SIC solid (carbură de siliciu) se va sublimat în siliciu gazous (SI) și carbon gazous (C), iar reacția este următoarea:

Sic (s) → si (g) + c (g)

Și reacții secundare mai complexe pentru a genera componente gazoase volatile (cum ar fi SIC2). Temperatura ridicată este o condiție necesară pentru a promova reacțiile de sublimare.

✔ Transport în fază gazoasă: Componentele gazoase sunt transportate din zona de sublimare a creuzetului în zona de semințe sub unitatea gradientului de temperatură. Stabilitatea debitului de gaz determină uniformitatea depunerii.

✔ Cristalizarea condensului: La temperaturi mai scăzute, componentele gazoase volatile se combină cu suprafața cristalului de semințe pentru a forma cristale solide. Acest proces implică mecanisme complexe de termodinamică și cristalografie.

1.3 Parametri cheie pentru creșterea cristalului de carbură de siliciu

Cristalele SIC de înaltă calitate necesită un control precis al următorilor parametri:

✔ Temperatură: Zona de sublimare trebuie menținută peste 2000 ℃ pentru a asigura descompunerea completă a pulberii. Temperatura zonei de semințe este controlată la 1600-1800 ℃ pentru a asigura o rată de depunere moderată.

✔ Presiune: Creșterea PVT este de obicei efectuată într-un mediu de joasă presiune de 10-20 TORR pentru a menține stabilitatea transportului în faza de gaz.

✔ Atmosferă: Utilizați argon de înaltă puritate ca gaz purtător pentru a evita contaminarea impurității în timpul procesului de reacție. Puritatea atmosferei este crucială pentru suprimarea defectelor de cristal.

✔ timp: Timpul de creștere a cristalului este de obicei până la zeci de ore pentru a obține o creștere uniformă și o grosime adecvată.

2. Care este structura cuptorului de creștere a cristalului din carbură de siliciu?

Optimizarea structurii cuptorului de creștere a cristalului din carbură de siliciu se concentrează în principal pe încălzirea la temperaturi ridicate, controlul atmosferei, proiectarea câmpului de temperatură și sistemul de monitorizare.

2.1 Componentele principale ale cuptorului de creștere

● Sistem de încălzire la temperatură ridicată

✔ Încălzire a rezistenței: utilizați sârmă de rezistență la temperatură ridicată (cum ar fi molibden, tungsten) pentru a oferi direct energie termică. Avantajul este precizia ridicată a controlului temperaturii, dar durata de viață este limitată la temperaturi ridicate.

✔ Încălzire cu inducție: încălzirea curentă este generată în creuzet printr -o bobină de inducție. Are avantajele eficienței ridicate și non-contact, dar costul echipamentului este relativ mare.

● Grafit Crucible și Station Semințe de substrat

✔ Crucible de grafit de înaltă puritate asigură o stabilitate la temperaturi ridicate.

✔ Proiectarea stației de semințe trebuie să țină seama atât de uniformitatea fluxului de aer, cât și de conductivitatea termică.

● Dispozitiv de control al atmosferei

✔ Echipat cu un sistem de livrare a gazelor de înaltă puritate și o supapă de reglare a presiunii pentru a asigura puritatea și stabilitatea mediului de reacție.

● Proiectare uniformitate a câmpului de temperatură

✔ Prin optimizarea grosimii peretelui creuzetului, a distribuției elementelor de încălzire și a structurii scutului de căldură, se realizează distribuția uniformă a câmpului de temperatură, reducând impactul tensiunii termice asupra cristalului.

2.2 Câmp de temperatură și design gradient termic

✔ Importanța uniformității câmpului de temperatură: Câmpul de temperatură neuniform va duce la diferite rate de creștere locale și defecte din interiorul cristalului. Uniformitatea câmpului de temperatură poate fi îmbunătățită mult prin proiectarea simetriei inelare și prin optimizarea scutului de căldură.

✔ Controlul precis al gradientului termic: Reglați distribuția de energie a încălzitoarelor și utilizați scuturi de căldură pentru a separa diferite zone pentru a reduce diferențele de temperatură. Deoarece gradienții termici au un impact direct asupra grosimii cristalului și a calității suprafeței.

2.3 Sistem de monitorizare pentru procesul de creștere a cristalelor

✔ Monitorizarea temperaturii: Folosiți senzori de temperatură cu fibră optică pentru a monitoriza temperatura în timp real a zonei de sublimare și a zonei de semințe. Sistemul de feedback de date poate regla automat puterea de încălzire.

✔ Monitorizarea ratei de creștere: Utilizați interferometrie cu laser pentru a măsura rata de creștere a suprafeței cristalului. Combinați datele de monitorizare cu algoritmi de modelare pentru a optimiza dinamic procesul.

3. Care sunt dificultățile tehnice ale cuptorului de creștere a cristalelor din carbură de siliciu?

Blocking-urile tehnice ale cuptorului de creștere a cristalului din carbură de siliciu sunt concentrate în principal în materiale la temperaturi înalte, controlul câmpului de temperatură, suprimarea defectelor și expansiunea mărimii.

3.1 Selecția și provocările materialelor la temperaturi ridicate

Grafitse oxidează ușor la temperaturi extrem de ridicate șiAcoperire sicTrebuie adăugat pentru a îmbunătăți rezistența la oxidare. Calitatea acoperirii afectează în mod direct viața cuptorului.

Elementul de încălzire Limita de viață și temperatură. Firele de rezistență la temperaturi ridicate trebuie să aibă o rezistență ridicată la oboseală. Echipamentele de încălzire cu inducție trebuie să optimizeze designul de disipare a căldurii bobinei.

3.2 Controlul precis al temperaturii și al câmpului termic

Influența câmpului termic neuniform va duce la o creștere a defecțiunilor de stivuire și a luxațiilor. Modelul de simulare a câmpului termic al cuptorului trebuie să fie optimizat pentru a detecta probleme în avans.

Fiabilitatea echipamentelor de monitorizare la temperaturi ridicate. Senzorii de temperatură ridicată trebuie să fie rezistenți la radiații și la șoc termic.

3.3 Controlul defectelor de cristal

Principalele tipuri de defecte principalele sunt principalele tipuri de defecte. Optimizarea câmpului termic și a atmosferei ajută la reducerea densității defectelor.

Controlul surselor de impuritate. Utilizarea materialelor de înaltă puritate și sigilarea cuptorului sunt cruciale pentru suprimarea impurității.

3.4 Provocări ale creșterii cristalelor de dimensiuni mari

Cerințele uniformității câmpului termic pentru extinderea mărimii. Când dimensiunea cristalului este extinsă de la 4 centimetri la 8 inci, proiectarea uniformității câmpului de temperatură trebuie să fie complet modernizată.

Soluție la crăpături și probleme de deformare. Reduceți deformarea cristalului prin reducerea gradientului de tensiune termică.

4. Care sunt materiile prime pentru creșterea cristalelor SIC de înaltă calitate?

Vetek Semiconductor a dezvoltat o nouă materie primă cu un singur cristal SIC -CVD de înaltă puritate CVD sic materie primă. Acest produs umple decalajul intern și este, de asemenea, la nivel de conducere la nivel global și va fi într-o poziție de lider pe termen lung în competiție. Materiile prime tradiționale din carbură de siliciu sunt produse prin reacția siliconului și grafitului de înaltă puritate, care au un cost ridicat, cu o puritate scăzută și dimensiuni mici.

Tehnologia de pat fluidizat a Vetek Semiconductor folosește metiltrichlorosilan pentru a genera materii prime din carbură de siliciu prin depunerea de vapori chimici, iar principalul produs secundar este acidul clorhidric. Acidul clorhidric poate forma săruri prin neutralizarea cu alcaline și nu va provoca nicio poluare pentru mediu. 

În același timp, metiltrichlorosilanul este un gaz industrial utilizat pe scară largă, cu surse scăzute și largi, în special China este principalul producător de metiltrichlorosilan. Prin urmare, puritatea înaltă a Vetek SemiconductorCVD sic materie primăAre competitivitate internațională de conducere în ceea ce privește costurile și calitatea. Puritatea materiei prime CVD SIC de înaltă puritate este mai mare de 99,9995%.

✔ Dimensiuni mari și densitate ridicată: Mărimea medie a particulelor este de aproximativ 4-10 mm, iar dimensiunea particulelor din materiile prime domestice Acheson este <2,5 mm. Același volum de creuzet poate menține mai mult de 1,5 kg de materii prime, ceea ce este propice rezolvării problemei furnizării insuficiente de materiale de creștere a cristalelor de dimensiuni mari, atenuarea grafitizării materiilor prime, reducând ambalarea carbonului și îmbunătățind calitatea cristalului.

✔ Raport SI/C scăzut: Este mai aproape de 1: 1 decât materiile prime dureroase ale metodei autopropagante, ceea ce poate reduce defectele induse de creșterea presiunii parțiale Si.

✔ Valoare ridicată de ieșire: Materiile prime cultivate mențin în continuare prototipul, reduc recristalizarea, reduc grafitizarea materiilor prime, reduc defectele de ambalare a carbonului și îmbunătățesc calitatea cristalelor.

✔ Puritate mai mare: Puritatea materiilor prime produse prin metoda CVD este mai mare decât cea a materiilor prime dureroase ale metodei autopropagante. Conținutul de azot a ajuns la 0,09 ppm fără o purificare suplimentară. Această materie primă poate juca, de asemenea, un rol important în domeniul semi-izolant.

✔ Costuri mai mici: Rata uniformă de evaporare facilitează controlul calității procesului și al produsului, îmbunătățind în același timp rata de utilizare a materiilor prime (rata de utilizare> 50%, materiile prime de 4,5 kg produc 3,5 kg linguri), reducând costurile.

✔ Rata scăzută a erorilor umane: Depunerea de vapori chimici evită impuritățile introduse de funcționarea umană.