Jak dosáhnout vysoce kvalitního růstu krystalů? - Růstová pec sic krystalů

1. Jaký je základní princip pece růstu krystalů křemíku?

Pracovní princip růstové pece křemíkového karbidu je fyzická sublimace (Pvt). Metoda PVT je jednou z nejúčinnějších metod pro pěstování vysoce čistých SIC monokrystalů. Přesnou kontrolou tepelného pole, atmosféry a růstových parametrů může růstová pec křemíkového karbidu fungovat stabilně při vysokých teplotách, aby se dokončilo sublimaci, přenosu plynové fáze a kondenzační krystalizační proces procesu krystalizace v procesu procesu krystalizace kondenzaceSic prášek.

1.1 Pracovní princip růstové pece

● Metoda Pvt

Jádrem metody PVT je sublimizovat prášek karbidu křemíku do plynných složek při vysokých teplotách a kondenzovat na semenném krystalu přes přenos plynné fáze za vzniku jediné krystalové struktury. Tato metoda má významné výhody při přípravě vysoce čistých krystalů.

● Základní proces růstu krystalů

✔ Sublimace: SIC prášek v kelímku je sublimován do plynných složek, jako jsou SI, C2 a SIC2 při vysoké teplotě nad 2000 ℃.

✔ Transport: Pod působením tepelného gradientu jsou plynné komponenty přenášeny z zóny s vysokou teplotou (prášková zóna) do zóny nízké teploty (povrch krystalu semen).

✔ Krystalizace kondenzace: Těkavé komponenty se sráží na povrchu krystalu semen a roste podél směru mříže, aby vytvořila jediný krystal.

1.2 Specifické principy růstu krystalů

Proces růstu krystalů karbidu křemíku je rozdělen do tří fází, které jsou vzájemně spojeny a ovlivňují konečnou kvalitu krystalu.

✔ SIC práškové sublimace: Za vysokoteplotních podmínek bude pevný sic (křemíkový karbid) sublimuje do plynného křemíku (SI) a plynného uhlíku (C) a reakce je následující:

Sic (S) → Si (G) + C (G)

A složitější sekundární reakce pro generování těkavých plynných složek (jako je SIC2). Vysoká teplota je nezbytná podmínka pro podporu sublimačních reakcí.

✔ Transport plynné fáze: Plynné komponenty jsou transportovány z sublimační zóny kelímku do zóny semen pod pohonem teplotního gradientu. Stabilita toku plynu určuje uniformitu depozice.

✔ Krystalizace kondenzace: Při nižších teplotách se těkavé plynné komponenty kombinují s povrchem semenného krystalu za vzniku pevných krystalů. Tento proces zahrnuje složité mechanismy termodynamiky a krystalografie.

1.3 Klíčové parametry pro růst krystalů karbidu křemíku

Vysoce kvalitní krystaly SIC vyžadují přesné řízení následujících parametrů:

✔ Teplota: Sublimační zóna musí být udržována nad 2000 ℃, aby se zajistilo úplné rozklad prášku. Teplota semenné zóny je řízena při 1600-1800 ℃, aby se zajistila mírná míra depozice.

✔ Tlak: Růst PVT se obvykle provádí v nízkotlakém prostředí 10-20 torr, aby se udržela stabilita transportu plynné fáze. Vysoký nebo příliš nízký tlak povede k příliš rychlému růstu krystalu nebo ke zvýšení defektů.

✔ Atmosféra: Použijte vysoce čistý argon jako nosný plyn, aby se zabránilo kontaminaci nečistot během reakčního procesu. Čistota atmosféry je zásadní pro potlačení krystalových defektů.

✔ Čas: Doba růstu krystalů je obvykle až desítky hodin, aby se dosáhlo jednotného růstu a vhodné tloušťky.

2. Jaká je struktura růstové pece na křemíku?

Optimalizace struktury struktury růstové pece křemíkového karbidu se zaměřuje hlavně na vysokoteplotní vytápění, kontrolu atmosféry, návrh teplotního pole a monitorovací systém.

2.1 Hlavní komponenty růstové pece

● Vysokoteplotní vytápěcí systém

✔ Vytápění rezistence: Použijte vysokoteplotní rezistentní drát (jako je molybden, wolfram) k přímému zajištění tepelné energie. Výhodou je přesnost kontroly vysoké teploty, ale život je omezený při vysoké teplotě.

✔ Indukční zahřívání: Vytápění vířivého proudu je generováno v kelímku prostřednictvím indukční cívky. Má výhody vysoké účinnosti a nekontaktu, ale náklady na vybavení jsou relativně vysoké.

● Grafit Crucible a Substrát semenní stanice

✔ Grafit Crucible s vysokým obsahem zajišťuje vysokoteplotní stabilitu.

✔ Návrh stanice semen musí vzít v úvahu jak uniformita proudění vzduchu, tak tepelnou vodivost.

● Ovládací zařízení pro atmosféru

✔ Vybaven systémem dodávání plynu s vysokou čistotou a tlakovým regulačním ventilem, aby byla zajištěna čistota a stabilitu reakčního prostředí.

● Design jednotnosti teplotního pole

✔ Optimalizací tloušťky kelímkové stěny, rozložení topných prvků a strukturou tepelného štítu je dosaženo rovnoměrného rozdělení teplotního pole, což snižuje dopad tepelného napětí na krystal.

2.2 Teplotní pole a návrh tepelného gradientu

✔ Význam jednotnosti teplotního pole: Nerovnoměrné teplotní pole povede k různým míře lokálního růstu a defektů uvnitř krystalu. Uniformita teplotního pole může být výrazně vylepšena návrhem prstencové symetrie a optimalizací tepelného štítu.

✔ Přesná kontrola tepelného gradientu: Upravte distribuci výkonu ohřívačů a použijte tepelné štíty pro oddělení různých oblastí, aby se snížily rozdíly v teplotě. Protože tepelné gradienty mají přímý dopad na tloušťku krystalů a kvalitu povrchu.

2.3 Monitorovací systém pro proces růstu krystalů

✔ Monitorování teploty: Použijte senzory teploty optických vláken ke sledování teploty v reálném čase sublimační zóny a semenné zóny. Systém zpětné vazby dat může automaticky upravit výkon vytápění.

✔ Monitorování rychlosti růstu: Použijte laserovou interferometrii k měření rychlosti růstu krystalu. Kombinujte monitorovací data s algoritmy modelování pro dynamicky optimalizaci procesu.

3. Jaké jsou technické potíže s růstovým pec krystalů křemíku?

Technické úzké úzky na růstovou peci křemíkového karbidu jsou hlavně koncentrovány do vysokoteplotních materiálů, kontroly teplotního pole, potlačení defektů a rozšiřování velikosti.

3.1 Výběr a výzvy vysokoteplotních materiálů

Grafitse snadno oxiduje při extrémně vysokých teplotách aSic povlakJe třeba přidat, aby se zlepšila oxidační odolnost. Kvalita povlaku přímo ovlivňuje životnost pece.

Limit životnosti a teploty topného prvku. Vodiče s vysokou teplotou odolnosti musí mít vysokou odolnost proti únavě. Indukční topné zařízení musí optimalizovat konstrukci rozptylu tepla cívky.

3.2 Přesné řízení teploty a tepelného pole

Vliv nerovnoměrného tepelného pole povede ke zvýšení chyb a dislokací stohování. Model simulace tepelného pole pece je třeba optimalizovat pro detekci problémů předem.

Spolehlivost monitorovacího zařízení s vysokou teplotou. Senzory s vysokou teplotou musí být odolné vůči záření a tepelnému šoku.

3.3 Řízení defektů krystalů

Hlavními typy defektů jsou stohovací poruchy, dislokace a polymorfní hybridy. Optimalizace tepelného pole a atmosféry pomáhá snížit hustotu vady.

Kontrola zdrojů nečistot. Použití vysoce čistoty a těsnění pece je zásadní pro potlačení nečistot.

3.4 Výzvy růstu křišťálů ve velké velikosti

Požadavky uniformity tepelného pole pro rozšíření velikosti. Když je velikost krystalu rozšířena ze 4 palců na 8 palců, musí být design uniformity teplotního pole plně upgradován.

Řešení problémů s praskliny a deformací. Snižte deformaci krystalu snížením gradientu tepelného napětí.

4. Jaké jsou suroviny pro pěstování vysoce kvalitních krystalů SIC?

Vetek Semiconductor vyvinul nový sic monokrystalický surovin -SIC suroviny s vysokou čistotou CVD. Tento produkt zaplňuje domácí mezeru a je také na celosvětové úrovni a bude v dlouhodobé vedoucí pozici v soutěži. Tradiční suroviny karbidu křemíku jsou produkovány reakcí vysoce čistého křemíku a grafitu, které mají vysoké náklady, nízká čistota a malá velikost.

Technologie fluidního lože Vetek Semiconductor používá methyltrichlorosilan k generování surovin karbidu křemíku prostřednictvím chemické depozice par a hlavním vedlejším produktem je kyselina chlorovodíková. Kyselina chlorovodíková může vytvářet soli neutralizací s alkalií a nezpůsobí znečištění životnímu prostředí. 

Současně je methyltrichlorosilan široce používaný průmyslový plyn s nízkými náklady a širokými zdroji, zejména Čína je hlavním výrobcem methyltrichlorosilanu. Proto vetek Semiconductor vysoká čistotaCVD SIC surovinymá mezinárodní vedoucí konkurenceschopnost z hlediska nákladů a kvality. Čistota suroviny CVD s vysokou čistotou je vyšší než 99,9995%.

✔ Velká velikost a vysoká hustota: Průměrná velikost částic je asi 4-10 mm a velikost částic domácích surovin Acheson je <2,5 mm. Stejný objemový kelímek může držet více než 1,5 kg surovin, což vede k řešení problému nedostatečného zásobování materiálů růstu krystalů ve velké velikosti a zmírnění grafitizace surovin, snižování zabalení uhlíku a zlepšování kvality krystalů.

✔ Nízký poměr SI/C: Je blíže 1: 1 než Achesonovy suroviny metody samoprocetování, která může snížit defekty vyvolané zvýšením částečného tlaku SI.

✔ Vysoká výstupní hodnota: Pěstované suroviny stále udržují prototyp, snižují rekrystalizaci, snižují grafitizaci surovin, snižují defekty balení uhlíku a zlepšují kvalitu krystalů.

✔ Vyšší čistota: Čistota surovin produkovaných metodou CVD je vyšší než čistota surovin Achesonu metody samoproti. Obsah dusíku dosáhl 0,09 ppm bez dalšího čištění. Tato surovina může také hrát důležitou roli v semi-izolačním poli.

✔ nižší náklady: Rovnoměrná míra odpařování usnadňuje kontrolu procesu a kvality produktu a zároveň zlepšuje míru využití surovin (míra využití> 50%, 4,5 kg surovin produkuje 3,5 kg ingotů), což snižuje náklady.

✔ Nízká míra lidských chyb: Chemická depozice par se vyhýbá nečistotům zavedeným lidským operací.