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SiC晶体生长进入电阻炉时代

2022/6/20 9:09:35      材料来源:化合物半导体

2022年6月恒普科技推出新一代2.0版SIC电阻晶体生长炉,本次量产推出的炉型是基于恒普上一代6、8英寸电阻炉的全新版本,积极对应市场对SIC电阻晶体生长炉的行业需求。
 
 
面临的挑战
 
国内SIC晶体生长炉几乎都是采用感应发热的方式,感应发热晶体生长炉设备投资低,结构简单,维护便利,热效率高等优点,广泛被行业使用。但也有些技术难点制约其性能进一步提高,主要难点:由于趋肤效应,均匀热场建立难度高,热场的温度容易受到外部环境的扰动,难以修正由于晶体生长和原料分解等参数变化带来的内部扰动,并且工艺参数深度耦合,控制难度高。
 
 碳化硅8英寸时代的到来,随着坩埚的直径增长,感应线圈只能加热坩埚的表面,不同位置的径向温度梯度都会随之增大,这对于大直径的晶体生长是不适合的参数变化,对于原料分解,晶体面型,热应力带来的复杂缺陷的调节,都面临挑战。
 
解决方案
 
为了解决行业痛点,恒普科技推出了以【轴径分离】为核心技术,石墨发热的SIC晶体生长技术平台,与【新工艺】 组合,突破性的解决晶体 长大、长快、长厚 的行业核心需求。
 
 
产品与核心技术
 
新一代石墨发热晶体生长炉,在籽晶径向区域主动调节其区域温度,轴向温度通过料区热场调节其区域温度,从而实现【轴径分离】。
 
晶体生长时,随着厚度的增加,籽晶区域热容发生变化,热导也会发生很大的变化,这些参数的变化都会影响到籽晶区域的温度,由于籽晶区域有径向平面的发热体,可以主动调节径向平面的温度,实现径向平面的可控热量散失。随着原料分解,料的导热率发生变化(注:二次传质的旧工艺),会在料的上部结晶,料区热场可以根据料的状态主动调节料区温度。
 
设定生长工艺时,只需直接设定籽晶区域温度曲线,和轴向温度梯度温度曲线,“所见即所得”,降低了工艺耦合的难度和避免了工艺黑箱。为了实现【轴径分离】,就需要对温度进行精准控制,而不能采用传统的功率控制,所以新炉型标准配备了【温度闭环控制】,全程长晶工艺采用温度控制。
 
【轴径分离】与【新工艺】完美结合,是新一代2.0版SIC电阻晶体生长炉的技术亮点,【新工艺】采用一次传质热场,让物质流的输送实现基本恒定,配合【轴径分离】的精准区域温度控制技术,更优化的解决晶体的 长大、长快、长厚 的行业需求。
 
石墨热场发热的晶体生长炉具有一些天然的优势:a、温度的稳定性;b、过程的重复性;c、温度场的可控性 。更适合于大尺寸碳化硅SIC晶体的生长,如:8英寸或更大尺寸。
 
 
新技术平台部分功能:
 
【轴径分离】*
 
【新工艺】*
 
【温度闭环控制】*
 
【高精度压力控制】*
 
全尺寸(6英寸和8英寸)
 
紧凑热场设计,能耗大幅降低。
 
晶体生长工具包
 
*详见下文技术注解
 
技术注解:
 
【轴径分离】
 
轴向温度梯度与径向温度不存在强耦合,可以对轴向温度梯度和径向温度分别进行高精度控制。是解决晶体长快的核心技术之一。
 
【温度闭环控制】
 
SiC晶体在2000℃以上的高温下生长,对温度的稳定性要求极高,但由于SiC粉料挥发等原因,无法做到对温度的精准测量,导致晶体生长时无法进行温度控制,而是采用功率控制,恒普科技采用创新的温度测量方法,能将温度的测量精度大幅度提高并保持高度稳定,能够在晶体生长的全周期采用温度控制。
 
【新工艺】
 
 采用一次传质的新热场,传质效率提高且基本恒定,降低再结晶影响(避免二次传质),有效降低了微管或其它晶体缺陷。生长后期,降低碳包裹物的影响,在满足晶体质量的前提下,将晶体厚度大幅增加。是解决晶体长厚的核心技术之一。
 
【高精度压力控制】
 
SiC晶体生长炉在晶体生长时,通常压力控制的波动在±3Pa,恒普科技的创新技术可以将压力控制在±0.3Pa,提高了一个数量级。
 
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