Как добиться высокого качества роста кристаллов? - Печь роста кристалла SIC

1. Каков основной принцип печи с карбидом из карбида карбида?

Принцип работы печи с карбидами кремния карбида - это физическое сублимация (Pvt). Метод PVT является одним из наиболее эффективных методов выращивания монокристаллов SIC высокой чистоты. Благодаря точному контролю теплового поля, атмосферы и параметров роста, печь роста кристаллов кремния может быть стабильно работать при высоких температурах, чтобы завершить сублимацию, пропускание газовой фазы и процесс кристаллизации конденсацииSIC Порошок.

1.1 Принцип работы печи роста

● Метод PVT

Сердечком метода PVT является сублимарный кремниевый карбид порошок в газообразные компоненты при высоких температурах и конденсировано на кристалле семян посредством передачи газовой фазы с образованием монокристаллической структуры. Этот метод имеет значительные преимущества при подготовке кристаллов большого размера.

● Основной процесс роста кристаллов

✔ Сублимация: Порошок SIC в тигеле подчиняется в газообразные компоненты, такие как Si, C2 и SIC2, при высокой температуре выше 2000 ℃.

✔ Транспорт: Под действием теплового градиента газообразные компоненты передаются из зоны высокой температуры (порошковой зоны) в зону низкой температуры (поверхность кристалла семян).

✔ Кристаллизация конденсации: Летучие компоненты осаждаются на поверхности кристалла семян и растут вдоль направления решетки, образуя мольсталл.

1.2 Конкретные принципы роста кристаллов

Процесс роста кристаллов карбида кремния разделен на три этапа, которые тесно связаны друг с другом и влияют на конечное качество кристалла.

✔ sic порошковое сублимация: В условиях высокой температуры твердый SIC (кремниевый карбид) будет сублиматься в газовый кремний (Si) и газовый углерод (C), а реакция следующей:

Sic (s) → si (g) + c (g)

И более сложные вторичные реакции на генерацию летучих газообразных компонентов (такие как SIC2). Высокая температура является необходимым условием для стимулирования реакций сублимации.

✔ Транспортировка газовой фазы: Газообразные компоненты транспортируются из зоны сублимации тигма в зону семян под приводом градиента температуры. Стабильность потока газа определяет однородность осаждения.

✔ Кристаллизация конденсации: При более низких температурах летучие газообразные компоненты в сочетании с поверхностью кристалла семян образуют твердые кристаллы. Этот процесс включает в себя сложные механизмы термодинамики и кристаллографии.

1.3 Ключевые параметры для роста кристаллов из карбида кремния

Высококачественные кристаллы SIC требуют точного управления следующими параметрами:

✔ температура: Зона сублимации должна быть сохранена выше 2000 ℃ для обеспечения полного разложения порошка. Температура зоны семян контролируется при 1600-1800 ℃ для обеспечения умеренной скорости осаждения.

✔ Давление: Рост PVT обычно осуществляется в среде с низким давлением 10-20 Торр, чтобы поддерживать стабильность транспорта газовой фазы. Высокое или слишком низкое давление приведет к слишком быстрому скорости роста кристаллов или увеличению дефектов.

✔ Атмосфера: Используйте аргона с высокой точкой в ​​качестве носителя, чтобы избежать загрязнения примесей во время реакционного процесса. Чистота атмосферы имеет решающее значение для подавления кристаллических дефектов.

✔ Время: Время роста кристаллов обычно составляет десятки часов для достижения однородного роста и соответствующей толщины.

2. Какова структура печи с карбидом из карбида из карбида?

Оптимизация структуры печи о росте кристаллов из карбида кремния в основном фокусируется на высокотемпературном нагревании, контроле атмосферы, конструкции поля температуры и системе мониторинга.

2.1 Основные компоненты роста печи

● Высокотемпературная система отопления

✔ Нагревание сопротивления: используйте проволоку с высокой температурной сопротивлением (такой как молибден, вольфрам), чтобы напрямую обеспечить тепловую энергию. Преимущество - высокая точность контроля температуры, но срок службы ограничен при высокой температуре.

✔ Индукционный нагрев: нагревание вихревого тока генерируется в тигеле через индукционную катушку. Он обладает преимуществами высокой эффективности и неконтакта, но стоимость оборудования относительно высока.

● Графит -тигр и начальная станция субстрата

✔ Графит высокой чистоты Графит обеспечивает высокотемпературную стабильность.

✔ Конструкция начальной станции должна учитывать как однородность воздушного потока, так и теплопроводность.

● Устройство управления атмосферой

✔ Оборудован системой доставки газа с высокой точкой и регулированием давления, чтобы обеспечить чистоту и стабильность реакционной среды.

● Температурная схема.

✔ Оптимизируя толщину стенки тигной, распределение нагревательных элементов и структуру теплового экрана, достигается равномерное распределение температурного поля, уменьшая воздействие теплового напряжения на кристалл.

2.2 Поле температур и конструкция термического градиента

✔ Важность однородности поля температуры: Неровное температурное поле приведет к различным местным темпам роста и дефектам внутри кристалла. Единообразие поля температуры может быть значительно улучшена благодаря конструкции кольцевой симметрии и оптимизации теплового экрана.

✔ Точный контроль термического градиента: Отрегулируйте распределение мощности нагревателей и используйте тепловые квалификации, чтобы разделить различные области, чтобы уменьшить температурные различия. Потому что тепловые градиенты оказывают прямое влияние на толщину кристалла и качество поверхности.

2.3 Система мониторинга для процесса роста кристаллов

✔ Температурный мониторинг: Используйте волоконно-оптические датчики температуры, чтобы контролировать температуру в реальном времени зоны сублимации и зоны семян. Система обратной связи с данными может автоматически регулировать мощность отопления.

✔ Мониторинг скорости роста: Используйте лазерную интерферометрию, чтобы измерить скорость роста поверхности кристалла. Объедините данные мониторинга с алгоритмами моделирования, чтобы динамически оптимизировать процесс.

3. Каковы технические трудности печи из карбида из карбида карбида?

Технические узкие места печи с карбидами кремниевого карбида в основном сконцентрированы в высокотемпературных материалах, управлении полем температуры, подавлением дефектов и расширении размера.

3.1 Выбор и проблемы высокотемпературных материалов

Графитлегко окисляется при чрезвычайно высоких температурах иSIC Catingнужно добавить для повышения устойчивости к окислению. Качество покрытия напрямую влияет на срок службы печи.

Обычный срок службы и ограничение температуры. Высокотемпературные провода должны иметь высокую устойчивость к усталости. Индукционное оборудование для отопления необходимо для оптимизации конструкции рассеяния тепла катушки.

3.2 Точный контроль температуры и теплового поля

Влияние неоднородного теплового поля приведет к увеличению разломов и дислокаций. Модель моделирования теплового поля для печи должна быть оптимизирована для заранее обнаружения проблем.

Надежность высокотемпературного мониторинга. Высокотемпературные датчики должны быть устойчивы к радиации и тепловым шоку.

3.3 Управление кристаллическими дефектами

Разломы укладки, дислокации и полиморфные гибриды являются основными типами дефектов. Оптимизация теплового поля и атмосферы помогает уменьшить плотность дефектов.

Контроль источников примесей. Использование материалов с высокой точкой и герметизацией печи имеет решающее значение для подавления примесей.

3.4 Проблемы роста кристаллов большого размера

Требования к однородности теплового поля для расширения размера. Когда размер кристалла расширяется с 4 дюймов до 8 дюймов, конструкция однородности температурного поля должна быть полностью обновлена.

Решение для трещины и искажения проблем. Уменьшить деформацию кристаллов за счет снижения градиента теплового напряжения.

4. Что такое сырье для выращивания высококачественных кристаллов SIC?

Vetek Semiconductor разработал новое одно кристаллическое сырье SIC -Высокая чистота CVD SIC сырьеПолем Этот продукт заполняет внутренний разрыв, а также находится на ведущем уровне по всему миру, и он будет в долгосрочной перспективе в конкуренции. Традиционное кремниевое карбидное сырье производится в результате реакции кремния и графита высокой чистоты, которые имеют высокую стоимость, низкую чистоту и небольшие по размеру.

Технология псевдоожиженного слоя Vetek использует метилтрихлорзилан для генерации карбида из кремниевого карбида посредством химического отложения паров, а основным побочным продуктом является соляная кислота. Соляная кислота может образовывать соли, нейтрализуя щелочными и не вызовет какого -либо загрязнения окружающей среде. 

В то же время метилтрихлорзилан является широко используемым промышленным газом с низкими затратами и широкими источниками, особенно Китай является основным производителем метилтрихлорзилана. Следовательно, высокая чистота Vetek SemiconductorСырье CVD SICимеет международную ведущую конкурентоспособность с точки зрения затрат и качества. Чистота высокой чистоты сырья CVD SIC выше 99,9995%.

✔ Большой размер и высокая плотность: Средний размер частиц составляет около 4-10 мм, а размер частиц домашнего ахисоновского сырья составляет <2,5 мм. Тот же объемный тиран может содержать более 1,5 кг сырья, что способствует решению проблемы недостаточной подачи материалов для роста кристаллов большого размера, облегчая графитизацию сырья, снижение углеродного обертывания и улучшения качества кристаллов.

✔ Низкое соотношение Si/c: Он ближе к 1: 1, чем сырье, ахесонское сырье метода самопроизводства, которое может уменьшить дефекты, вызванные увеличением парциального давления СИ.

✔ Высокое выходное значение: Выросшее сырье по -прежнему поддерживает прототип, уменьшает рекристаллизацию, уменьшает графитизацию сырья, уменьшает дефекты углерода и улучшает качество кристаллов.

✔ Высшая чистота: Чистота сырья, произведенного методом сердечно-сосудистых заболеваний, выше, чем у сырья Ачесона метода самопроизводства. Содержание азота достигло 0,09 млрд без дополнительной очистки. Это сырье также может сыграть важную роль в полуинтуляционной области.

✔ Более низкая стоимость: Уоренный уровень испарения облегчает процесс и контроль качества продукта, одновременно улучшая коэффициент использования сырья (скорость использования> 50%, 4,5 кг сырье производит 3,5 кг слиток), снижая затраты.

✔ Низкий уровень ошибок человека: Химическое осаждение паров позволяет избежать примесей, введенных человеческой работой.