8 düymlük silikon karbidində vahid kristal böyümə sobası texnologiyasına əsasən

       Silikon karbidi yüksək temperatur, yüksək tezlikli, yüksək güc və yüksək gərginlikli cihazlar üçün ideal materiallardan biridir. İstehsal səmərəliliyini artırmaq və xərcləri azaltmaq üçün, böyük ölçülü silikon karbid substratlarının hazırlanması vacib bir inkişaf istiqamətidir. Prosesin tələblərinə hədəflənir8 düymlük silikon karbid (SIC) tək kristal böyüməsi, silikon karbidin böyümə mexanizmi fiziki buxar nəqliyyat (PVT) metodu təhlil edildi, istilik sistemi (TAC Bələdçisi Ring, Tac örtülmüş, Tac örtülmüş,Tac örtülmüş üzüklər, TAC örtülmüş boşqab, TAC örtülmüş üç ləçəkli üzük, Tac örtülmüş üç ləçəkli, Tac örtülmüş sahibi, məsaməli qrafit, yumşaq hissə, sərt hisslər, sic-örtüklü kristal böyümə suseptoru və digərləriSIC tək kristal böyümə prosesi ehtiyat hissələriVetek yarımkeçiricisi tərəfindən təmin edilir), silikon karbidinin silikon karbidinin vahid kristal artım sobasının və 8 düymlük kristallar tədarüklü və tədarük sahələri simulyasiya təhlili və proses təcrübələri vasitəsilə uğurla hazırlandı və böyüdülər.

Giriş

      Silikon Karbide (SIC) üçüncü nəsil yarımkeçirici materialların tipik bir nümayəndəsidir. Daha böyük bandgap eni, daha yüksək qiymətləndirmə elektrik sahəsi və daha yüksək istilik keçiriciliyi kimi performans üstünlüklərinə malikdir. Yüksək temperatur, yüksək təzyiq və yüksək tezlikli sahələrdə yaxşı çıxış edir və yarımkeçirici maddi texnologiya sahəsində əsas inkişaf istiqamətlərindən birinə çevrilir.  Hazırda silikon karbid kristallarının sənaye böyüməsi əsasən çox fazalı, çox komponentli, çoxlu qeyri-istilik və magneto-elektrik ötürmə və magneto-elektrikli istilik axını ilə mürəkkəb çox fiziki sahə sıxışma problemlərini əhatə edir. Buna görə də, PVT böyümə sisteminin dizaynı çətindir və proses parametrinin ölçülməsi və nəzarətiKristal böyümə prosesiÇətin, yaranan, yaranan silikon karbid kristallarının keyfiyyət qüsurlarını və kiçik büllur ölçüsünə nəzarət etməkdə çətinlik çəkir ki, substratın substratı kimi silikon karbidinin dəyəri yüksək olaraq qalır.

      Silikon karbid istehsalı avadanlıqları silikon karbid texnologiyası və sənaye inkişafının təməlidir. Silikon karbidinin texniki səviyyəsi, proses qabiliyyəti və müstəqil zəmanəti, silikon karbid materiallarının böyük ölçülü və yüksək məhsuldarlıq istiqamətində inkişafının açarıdır və aşağı qiymət və geniş miqyaslı istiqamətdə inkişaf etdirmək üçün üçüncü nəsil yarımkeçirici sənayesini idarə edən əsas amillərdir. Silikon karbidli substrat kimi substrat, substratın dəyəri ən böyük nisbətin dəyəri, təxminən 50%. Böyük ölçülü yüksək keyfiyyətli silikon karbid kristal böyümə avadanlıqlarının inkişafı, məhsulon karbidinin məhsuldarlığı və böyümə sürətini yaxşılaşdıran və istehsal xərclərinin azaldılması ilə əlaqəli cihazların tətbiqində əsas əhəmiyyət kəsb edir. İstehsal potensialının tədarükünü artırmaq və silikon karbid cihazlarının orta qiymətini daha da azaltmaq üçün, silikon karbid substratlarının ölçüsünün genişləndirilməsi vacib yollardan biridir. Hazırda beynəlxalq əsas silikon karbid substratının ölçüsü 6 düymdür və bu sürətlə 8 düym qədər irəliləyir.

       8 düymlük silikon karbidin hazırlanmasında həll edilməli olan əsas texnologiyalar, daha kiçik bir radial temperaturu gradient və 8 düymlük silikon karbid kristallarının böyüməsi üçün uyğun olan daha böyük bir uzununa temperaturlu bir temperaturun quruluşu. (2) Böyük ölçülü çarmıxa dönmə və rulonun qaldırılması və hərəkət mexanizmini azaltmaq, beləliklə kristal böyümə prosesi zamanı krujed fırlanan və bobin nisbətən 8 düymlük kristalın ardıcıllığını təmin etmək və böyüməni və qalınlığı asanlaşdırmaq üçün rulona nisbətən hərəkət edir. (3) Yüksək keyfiyyətli vahid kristal böyümə prosesinin ehtiyaclarına cavab verən dinamik şəraitdə proses parametrlərinə avtomatik nəzarət.

1 Pvt Kristal Böyümə Mexanizmi

       Pvt metodu, SIC mənbəyini silindrik sıx bir qrafitin altındakı silikon karbidli vahid kristalları hazırlamaqdır və SIC Toxum Kristalının çarpayının yaxınlığında yerləşdirilir. Çarmıxa, radio tezlik induksiyası və ya müqavimət və ya müqavimət və ya məhdudiyyət ilə izolyasiya edilmiş 2 300 ~ 2 400 ℃ -ə qədər qızdırılırməsaməli qrafit. SIC mənbəyindən toxum kristalına daşınan əsas maddələr SI, SI2C molekulları və SIC2. Toxum kristalındakı temperatur, aşağı mikro tozda bir qədər aşağı olmaq üçün idarə olunur və axial bir temperatur gradientinin yaranan bir şəkildə meydana gəlir. Şəkil 1-də göstərildiyi kimi, silikon karbid mikro tozu, temperatur gradientinin sürücüsü altında daha aşağı temperaturlu və ya silindrik silikon karbid ingotu meydana gətirmək üçün toxum kristalının reaksiya qazlarını təşkil etmək üçün yüksək temperaturda mikro toz sublimates.

Pvt böyüməsinin əsas kimyəvi reaksiyaları:

Sic (s) ⇌ si (g) + c (s)

2Sic ⇌ və₂C (g) + c (s)

2Sic ⇌ SIC2 (G) + + SI (L, G)

Sic (s) ⇌ SIC (g)

SIC vahid kristallarının pvt böyüməsinin xüsusiyyətləri bunlardır:

1) İki qaz-bərk interfeys var: biri qaz-sic toz interfeysi, digəri isə qaz-kristal interfeysidir.

2) Qaz fazası iki növ maddəndən ibarətdir: biri sistemə daxil olan inert molekullardır; Digəri, parçalanma və sublimasiya nəticəsində istehsal olunan Simcn qaz fazası komponentidirSic tozu. Qaz Faza Komponentləri SimCN bir-biri ilə qarşılıqlı əlaqə qurur və kristallaşma prosesinin tələblərinə cavab verən SIMCN-nin bir-biri ilə bir-biri ilə bir hissəsi SIC kristalına çevriləcəkdir.

3) Qatı silikon karbid tozunda, sublimasiya etməyən hissəciklər arasında möhkəm faza reaksiyaları, o cümlədən süzgəc keramika orqanlarının meydana gəlməsi, bəzi hissəciklərin ölçüsü və kristallaşma reaksiyaları ilə taxıl meydana gətirən bəzi hissəciklər və qeyri-stoiometrik parçalanmalar və ya karbon hissəciklər və ya karbon hissəcikləri olan taxıllar meydana gətirir. sublimasiya.

4) Kristal böyümə prosesi zamanı iki faza dəyişiklikləri baş verəcək: Bərk silikon karbid toz hissəcikləri, qeyri-stoiometrik parçalanma və sublimasiya yolu ilə qaz fazası komponentləri Simcn-in Qaz Fazası komponentləri SimCN-nin kristallaşma vasitəsilə lattice hissəciklərinə çevrilməsidir.

2 avadanlıq dizaynı 

      Şəkil 2-də göstərildiyi kimi, silikon karbid tək kristal böyümə sobası əsasən daxildir: yuxarı örtük montajı, kamera qurğusu, istilik sistemi, çömlü fırlanma mexanizmi, aşağı örtük qaldırma mexanizmi və elektrik nəzarət sistemi.

2.1 İstilik sistemi 

     Şəkil 3-də göstərildiyi kimi, istilik sistemi induksiya istiliyini qəbul edir və induksiya bobinindən ibarətdir, aqrafit çarxı, izolyasiya təbəqəsi (sərt hiss olunurdu, yumşaq hiss) və s. Yüksək saflıq qrafitinin çarmüddətli materialın yaxşı keçiriciliyi olduğundan, bir cərəyan bir cərəyan bir cərəyanda hazırlanmış bir cərəyan hazırlanır. Lorentz qüvvəsinin təsiri altında, induksiya edilən cərəyan, sonda çarmıxa (yəni dəri effekti) xarici divarında birləşəcək və tədricən radial istiqaməti boyunca tədricən zəifləyəcəkdir. Eddy cərəyanların mövcudluğu səbəbindən Joule istisi, böyümə sisteminin istilik mənbəyinə çevrilən, çubuğunun xarici divarında yaradılır. Joule İstilikinin ölçüsü və paylanması birbaşa temperatur sahəsini, bu da öz növbəsində kristalın böyüməsinə təsir edən temperatur sahəsini müəyyənləşdirir.

     Şəkil 4-də göstərildiyi kimi, induksiya bobi istilik sisteminin əsas hissəsidir. Müstəqil bir rulon quruluşunun iki dəstini qəbul edir və müvafiq olaraq yuxarı və aşağı dəqiqlik mexanizmləri ilə təchiz edilmişdir. Bütün istilik sisteminin elektrik istiliyinin əksəriyyəti bobin tərəfindən doğulur və məcburi soyutma aparılmalıdır. Bobin bir mis boru ilə yaralanır və içərisində su ilə soyudulur. Hökmdar cərəyanın tezlik diapazonu 8 ~ 12 KHzdir. Induksiya istiliyinin tezliyi, qrafitdəki elektromaqnit sahəsinin nüfuz dərinliyini müəyyənləşdirir. Coil hərəkət mexanizmi bir motorlu bir vida cüt mexanizmindən istifadə edir. Induksiya bobi, tozun sublimasiyasına nail olmaq üçün daxili qrafiti istiləşdirmək üçün induksiya gücü ilə əməkdaşlıq edir. Eyni zamanda, iki rulon dəstinin gücü və nisbi mövqeyi toxum kristalında, toxum kristalının arasındakı, silikon karbid kristalında ağlabatan bir radial temperaturu meydana gətirərək, aşağı mikro tozu olan toxum kristalında temperaturu bruntalının altına çevirməsi üçün idarə olunur.

2.2 Qüsurlu fırlanma mexanizmi 

      Böyük ölçülü böyümə zamanısilikon karbid tək kristallar, boşluq ətrafındakı vakuum mühitində çarpacaq, proses tələblərinə uyğun olaraq fırlanır və gradient istilik sahəsi və boşluqdakı aşağı təzyiqli vəziyyət sabit olmalıdır. Şəkil 5-də göstərildiyi kimi, çarxların sabit fırlanmasına nail olmaq üçün bir motorlu dişli bir cüt istifadə olunur. Fırlanan şaftın dinamik möhürlənməsinə nail olmaq üçün maqnit maye möhürləmə quruluşu istifadə olunur. Maqnit maye möhürü, maqnit, maqnit dirəyi ayaqqabısı və maqnit yuvası ilə maqnit ayaqqabısı və maqnit qolu, o-ring kimi maye ring meydana gətirmək üçün maqnit mayesi arasındakı maqnit yuvası və qolu olan maqnit qolu, maqnit yuvası ilə maqnit yuvası ilə maqnit yuvası ilə maqnit yuvası və maqnit yuvası ilə maqnit yuvası ilə maqnit yuvası ilə maqnit yuvası ilə maqnit yuvası ilə maqnit yuvası və bir o-ring kimi maye üzüyü meydana gətirir. Rotasiya hərəkəti atmosferdən vakuum kamerasına ötürüldükdə, maye o-ring dinamik möhürləmə cihazı, maye maqnit mayesi, maye maqnit mayesi, bu da sızan hərəkət edə bilən və dayanan iki prosesdə sıfır sızıntısına nail olmaq üçün istifadə olunur. Maqnit maye və çarəsiz bir dəstək, maqnit mayenin yüksək temperaturlu və həlledici dəstəyini təmin etmək və istilik sahəsinin vəziyyətinin sabitliyinə nail olmaq üçün su soyutma quruluşunu qəbul edir.

2.3 Aşağı qapalı qaldırıcı mexanizm

     Aşağı örtük qaldırma mexanizmi bir sürücü motoru, bir top vida, xətti bələdçi, qaldıran bir mötərizə, soba örtüyü və soba örtüklü mötərizədən ibarətdir. Motor, alt örtüyün yuxarı və aşağı hərəkətini həyata keçirmək üçün bir reduktor vasitəsilə vida bələdçi cütlüyünə qoşulmuş soba örtüklü mötərizəni idarə edir.

     Aşağı örtük qaldırma mexanizmi geniş ölçülü çarmıxların yerləşdirilməsini və çıxarılmasını asanlaşdırır və daha da əhəmiyyətlisi, aşağı soba örtüyünün möhürlənməsinin etibarlılığını təmin edir. Bütün müddət ərzində Palatada vakuum, yüksək təzyiq və aşağı təzyiq kimi təzyiq dəyişikliyi mərhələlərinə malikdir. Aşağı qapağın sıxılması və möhürlənməsi vəziyyəti birbaşa proses etibarlılığına birbaşa təsir göstərir. Sızanaq yüksək temperaturda uğursuz olduqda, bütün proses çökəcək. Motor Servo Nəzarət və Məhdudiyyət Cihazı vasitəsilə, alt örtük yığıncağının sıxlığı və Palata, Şəkil 6-da göstərildiyi kimi, soba kamerası möhürləmə halqasının ən yaxşı sıxılması və möhürlənməsi halına gətirmək üçün idarə olunur.

2.4 Elektrik idarəetmə sistemi 

      Silikon karbid kristallarının böyüməsi zamanı elektrik idarəetmə sistemi, əsasən müxtəlif proses parametrlərini, əsasən rulon mövqeyi boyu, qanacaqlı fırlanma dərəcəsi, istilik gücü və temperatur, fərqli xüsusi qaz qəbulu axını və proporsional klapan da daxil olmaqla, müxtəlif proses parametrlərini dəqiq idarə etməlidir.

      Şəkil 7-də göstərildiyi kimi, nəzarət sistemi, rulonun hərəkət nəzarətini həyata keçirmək üçün avtobus vasitəsilə servo sürücüsünə qoşulmuş bir server kimi proqramlaşdırıla bilən bir nəzarətçini istifadə edir; Temperaturun, təzyiq və xüsusi proses qaz axınının real vaxt nəzarətini həyata keçirmək üçün standart Mobusrtu vasitəsilə temperatur nəzarətçisi və axın nəzarətçisi ilə bağlıdır. Ethernet vasitəsilə konfiqurasiya proqramı ilə ünsiyyət qurur, real vaxtda birja məlumatlarını dəyişdirir və ev sahibi kompüterdə müxtəlif proses parametrlərini göstərir. Operatorlar, proses işçiləri və menecerləri insan-maşın interfeysi vasitəsilə idarəetmə sistemi ilə məlumat mübadiləsi aparır.

     Nəzarət sistemi bütün sahə məlumatlarının toplanması, bütün aktuatorların əməliyyat vəziyyətinin və mexanizmlər arasındakı məntiqi əlaqələrin təhlili aparır. Proqramlaşdırıla bilən nəzarətçi ev sahibi kompüterin göstərişlərini alır və sistemin hər bir aktuatorunun nəzarətini başa vurur. Avtomatik proses menyusunun icrası və təhlükəsizlik strategiyası hamısı proqramlaşdırıla bilən nəzarətçi tərəfindən həyata keçirilir. Proqramlaşdırıla bilən nəzarətçinin sabitliyi proses menyusunun işinin sabitliyini və təhlükəsizlik etibarlılığını təmin edir.

     Üst konfiqurasiya, real vaxt rejimində proqramlaşdırıla bilən nəzarətçi ilə məlumat mübadiləsini aparır və sahə məlumatlarını göstərir. İstilik nəzarəti, təzyiq nəzarəti, qaz dövrə nəzarəti və motor idarəsi kimi iş interfeysləri ilə təchiz olunmuşdur və müxtəlif parametrlərin parametrləri interfeysində dəyişdirilə bilər. Siqnal parametrlərinin real vaxt izlənməsi, ekran siqnalizasiya ekranı, həyəcan meydana gəlməsi və bərpa və bərpa məlumatlarını qeyd edərək, ekran siqnalizasiya ekranı və ətraflı məlumat. Bütün proses məlumatlarının, ekran əməliyyatı və istismar müddətinin real vaxt qeydləri. Müxtəlif proses parametrlərinin qaynaşma idarəsi, proqramlaşdırıla bilən nəzarətçinin içərisində əsas kod vasitəsilə həyata keçirilir və maksimum 100 addım proses həyata keçirilə bilər. Hər bir addımda proses istismar müddəti, hədəf gücü, hədəf təzyiqi, argon axını, azot axını, hidrogen axını, hidrogen axını, qanacaq və dartılmış bir səviyyədə.

3 Termal sahə simulyasiya təhlili

    Termal sahəsində simulyasiya təhlili modeli qurulur. Şəkil 8, qarmaqarışıq böyümə kamerasında temperatur bulud xəritəsidir. 4H-sic tək kristalın böyümə istiliyini təmin etmək üçün toxum kristalının mərkəz temperaturu 2200 ℃, kənar temperaturu 2205.4 ℃. Bu zaman, çubuq zirvəsinin mərkəz temperaturu 2167,5 ℃, toz sahəsinin ən yüksək temperaturu (yan aşağı) 2274.4 ℃, eksenel temperaturun meydana gətirməsidir.

       Kristalın radial gradient paylanması Şəkil 9-da göstərilir. Toxum kristal səthinin alt yanal temperaturu kristal artım formasını effektiv şəkildə yaxşılaşdıra bilər. Cari hesablanmış ilkin temperatur fərqi 5.4 ℃, ümumi forma, temperaturun idarəetmə dəqiqliyi və toxum kristal səthinin radial istiliyinə nəzarət dəqiqliyi və vahidlik tələblərinə cavab verə biləcək düz və bir qədər konveksdir.

       Xammal səthi arasındakı temperatur fərqi və toxum kristal səthi Şəkil 10-da göstərilmişdir.

      Təxmini artım tempi Şəkil 11-də göstərilmişdir. Çox sürətli böyümə sürəti polimorfizm və dislokasiya kimi qüsurların ehtimalını artıra bilər. Cari təxmini artım tempi, məqbul bir sıra içərisində olan 0,1 mm / saata yaxındır.

     Termal sahə simulyasiya təhlili və hesablama yolu ilə, toxum kristalının mərkəz temperaturu və kənar temperaturunun 8 düym kristalının radial temperaturu olan radial temperaturu yaşadığı aşkar edilmişdir. Eyni zamanda, çarmıxın üst və alt hissəsi, kristalın uzunluğu və qalınlığına uyğun bir eksenel temperatur gradient formasını təşkil edir. Böyümə sisteminin hazırkı istilik metodu 8 düymlük vahid kristalların böyüməsinə cavab verə bilər.

4 eksperimental test

     Bundan istifadə etməkləsilikon karbid tək kristal böyümə sobası, termal sahə simulyasiyasının temperaturu simulyasiyasına əsaslanaraq, çarpaz üst temperatur, boşluq təzyiqi, çarpaz fırlanma sürəti və yuxarı və alt britonların nisbi mövqeyi, 8 düymlük silikon karbid kristalının nisbi mövqeyi və 8 düymlük silikon karbid kristalının alınması (Şəkil 12).

5 nəticə

     Gradient Termal Sahəsi, Tutullu Movilizmə və Proses Parametrlərinin avtomatik idarə olunması kimi 8 düymlük silikon karbid tək kristalların böyüməsi üçün əsas texnologiyalar, öyrənildi. Qüsurlu böyümə kamerasındakı termal sahə, ideal temperatur gradientini əldə etmək üçün simulyasiya edildi və təhlil edildi. Testdən sonra ikiqat bobin induksiya istilik üsulu geniş ölçülü böyüməsinə cavab verə bilərsilikon karbid kristalları. Bu texnologiyanın tədqiqi və inkişafı 8 düymlük karbid kristallarının alınması üçün avadanlıq texnologiyası təmin edir və silikon karbid materiallarının artım səmərəliliyinin yaxşılaşdırılması və xərclərin azaldılması üçün 6 düymdən 8 düymdən 8 düymdən 8 düymdən 8 düymdən 8 düymdən 8 düym endirilməsi üçün avadanlıqlar təqdim edir.