Ìdàgbàsókè Kírísítà PVT Silicon Carbide: Àwọn Ohun Èlò Ilẹ̀ Gíga fún Ṣíṣe Kírísítà SiC Siga Gíga

Bí ilé iṣẹ́ semiconductor agbára àgbáyé ṣe ń mú kí àwọn ẹ̀rọ silicon carbide (SiC) yára gbilẹ̀ fún lílo nínú àwọn ọkọ̀ ayọ́kẹ́lẹ́ iná mànàmáná, àwọn ètò agbára tí a lè sọ di tuntun, àti àwọn ẹ̀ka ilé iṣẹ́ oníná mànàmáná gíga, ìbéèrè fún àwọn ohun èlò SiC oníwọ̀n tó tóbi, tí ó ní àbùkù díẹ̀ ń tẹ̀síwájú láti pọ̀ sí i. Ìmọ̀ ẹ̀rọ ìdàgbàsókè kristali silicon carbide PVT ni ó wà ní ọkàn ìyípadà iṣẹ́ yìí, ó sì jẹ́ ọ̀nà pàtàkì fún ṣíṣe àwọn kirisita onípele 4H-SiC tí ó ga jùlọ fún àwọn ẹ̀rọ itanna agbára ìran tí ń bọ̀.

Awọn Ipenija Pataki ti n koju Awọn Eto Idagbasoke Crystal Silicon Carbide PVT ti ode oni

Láìka ọ̀pọ̀ ọdún tí a ti ń ṣe àgbékalẹ̀ rẹ̀ sí, ìdàgbàsókè kírísítà PVT sílíkọ́nì carbide ṣì jẹ́ ọ̀kan lára ​​àwọn iṣẹ́ tó ṣòro jùlọ nínú iṣẹ́ ìṣẹ̀dá semiconductor. Ìdàgbàsókè kírísítà máa ń wáyé ní àyíká tí a ti dí, tí ó ní iwọ̀n otútù gíga tí ó ju 2000°C lọ, níbi tí àwọn ohun èlò orísun kírísítà líkọ́nì carbide máa ń yọ́ jáde tí wọ́n sì máa ń para pọ̀ mọ́ àwọn kírísítà irúgbìn lábẹ́ àwọn ìpele iwọ̀n otútù tí a ṣàkóso dáadáa. Nínú irú àwọn ipò tó le koko bẹ́ẹ̀, àní àwọn ìyípadà díẹ̀ nínú ìpínkiri iwọ̀n otútù, ìyípadà kíníkítíkì ìrìnnà afẹ́fẹ́, tàbí ìmọ́tótó ohun èlò lè ní ipa pàtàkì lórí ìrísí kírísítà, ìdúróṣinṣin kírísítà, àti ìṣẹ̀dá àbùkù.

Ọ̀kan lára ​​àwọn ìpèníjà tó ga jùlọ nínú ìdàgbàsókè kírísítà PVT SiC ni ìdúróṣinṣin pípẹ́ ti pápá ooru. Àwọn èròjà graphite ìbílẹ̀ máa ń fara hàn sí àwọn èéfín tó ní sílíkọ́nì tó lágbára, bíi Si, Si₂C, àti SiC₂. Nígbà tí wọ́n bá ń ṣiṣẹ́ fún ìgbà pípẹ́, àwọn èéfín wọ̀nyí máa ń bá ojú graphite ṣiṣẹ́, èyí tó máa ń yọrí sí ìfọ́ ohun èlò díẹ̀díẹ̀, àwọn ìyípadà ìpele, àti ìyípadà ti ìpínkiri iwọ̀n otútù tí a ṣe. Bí ìrísí agbègbè ooru ṣe ń yípadà, ó máa ń ṣòro láti ṣàkóso àwọn ipò tó ga ju ìsopọ̀ ìdàgbàsókè lọ, èyí tó sábà máa ń yọrí sí ìdàgbàsókè kírísítà tó dúró ṣinṣin, ìdínkù ìwọ̀n ìdàgbàsókè, àti ìdàgbàsókè àbùkù.

Ìmọ́tótó ohun èlò náà tún jẹ́ ohun pàtàkì tó ń dín ìdènà kù. Ìwọ̀n nitrogen, boron, aluminiomu, titanium, àti àwọn ohun ìdọ̀tí irin mìíràn tó wà nínú àwọn ohun èlò ooru ìbílẹ̀ máa ń tàn káàkiri sínú ìpele afẹ́fẹ́ nígbà tí a bá ń ṣiṣẹ́ ní iwọ̀n otútù gíga. Nígbà tí àwọn ohun ìdọ̀tí wọ̀nyí bá wọ inú kristali tó ń dàgbà, wọ́n máa ń yí ìfọkànsí, ìdènà, àti ìhùwàsí ìsanpadà padà nínú lattice 4H-SiC. Èyí tó ṣe pàtàkì jù ni pé, àwọn ìṣẹ̀lẹ̀ nucleation tí a ń darí àìmọ́ máa ń mú kí ìṣẹ̀dá àwọn microtubes, basal plane dislocations (BPDs), screw-type dislocations (TSDs), àti àwọn àbùkù ìṣètò mìíràn yára kánkán, èyí tó máa ń ní ipa lórí ìṣẹ̀dá wafer àti ìgbẹ́kẹ̀lé àwọn ẹ̀rọ tó wà ní ìsàlẹ̀.

Bí àwọn olùpèsè silicon carbide (SiC) ṣe ń yípadà láti ìṣẹ̀dá wafer inṣi 6 sí ìṣẹ̀dá wafer inṣi 8, àwọn ohun tí a nílò fún ìdúróṣinṣin pápá ooru náà ti pọ̀ sí i gidigidi. Àwọn ìwọ̀n gìrìgìrì kristali tó tóbi nílò àwọn ìyípo ìdàgbàsókè gígùn, ìbáramu ìgbóná radial tó le koko, àti ìṣàkóso ìdààmú ooru tó dára jù. Àwọn ètò gìrìgìrì onígbàlódé tí a fi graphite ṣe sábà máa ń jìjàkadì láti mú ìdúróṣinṣin tí a nílò fún ìdàgbàsókè kirisita oníwọ̀n ńlá, èyí tí ó ń yọrí sí iye owó iṣẹ́ tí ó ga jù àti ìṣiṣẹ́ iṣẹ́ tí ó dínkù.

Àwọn Ohun Èlò Ilẹ̀ Gbígbóná Tó Tẹ̀síwájú fún Ìdàgbàsókè Kírísítà Sílíkónì Carbide PVT

1. Àwọn Àmì CVD TaC fún Ìdúróṣinṣin Òtútù Gíga

Láti kojú àwọn ìpèníjà wọ̀nyí, ìmọ̀ ẹ̀rọ ooru tó ti ní ìlọsíwájú ti di ohun tó ń darí ìdàgbàsókè kristali silicon carbide PVT òde òní. Ọ̀kan lára ​​àwọn ìlọsíwájú tó dára jùlọ ní agbègbè yìí ni ìfìhàn àwọn ìbòrí tantalum carbide (TaC) kemikali (CVD). Pẹ̀lú ibi tí ó fẹ́rẹ̀ tó 3880°C àti ìdènà tó dára sí àwọn àyíká afẹ́fẹ́ tó ní silicon, TaC ń ṣiṣẹ́ gẹ́gẹ́ bí ìdènà ìtànkálẹ̀ tó munadoko láàrín àwọn gáàsì ilana ìṣe àti àwọn ohun èlò graphite. Àwọn ìbòrí TaC ń dènà graphite àti láti pa ìdúróṣinṣin onígun mẹ́ta mọ́ nígbà tí a bá ń dàgbà, èyí sì ń ran lọ́wọ́ láti pa ìṣọ̀kan pápá ooru mọ́ àti láti ṣe àtìlẹ́yìn fún ìdàgbàsókè kristali tó dúró ṣinṣin.

2. Ohun èlò ìtọ́jú ohun èlò amúlétutù 7N ti Silicon Carbide fún ìdínkù àbùkù

Ìlọsíwájú pàtàkì mìíràn ni lílo ohun èlò orísun SiC tó ní ìwúwo púpọ̀ tí a pèsè nípasẹ̀ ìdènà ìgbóná kẹ́míkà (CVD). Ní ​​ìfiwéra pẹ̀lú ohun èlò ìtọ́jú Acheson ìbílẹ̀, lulú SiC tí a pèsè ní ìwọ̀n nitrogen àti àwọn ohun ìdọ̀tí irin tó kéré gan-an. Pẹ̀lú ìwẹ̀nùmọ́ tó ga tó 7N (99.99999%), ohun èlò yìí ń jẹ́ kí ìṣàkóso ìṣọ̀kan ìgbóná náà péye nígbà tí a bá ń yọ omi kúrò, èyí sì ń dín àǹfààní ìṣọ̀kan ìgbóná kù nígbà tí ó ń mú kí dídára kírísítà àti iṣẹ́ iná mànàmáná pọ̀ sí i. Ohun èlò aise tó ní ìwúwo púpọ̀ yìí ni a ń mọ̀ sí ohun pàtàkì fún ṣíṣe àwọn ohun èlò tí ó ní àbùkù díẹ̀ tí a ń lò nínú àwọn ẹ̀rọ SiC tó ní ìwúwo gíga àti àwọn ẹ̀rọ ọkọ̀ ayọ́kẹ́lẹ́.

3. Àwọn Ìrísí Gráfítì Onípele Púpọ̀

A tun mu ilọsiwaju aaye ooru dara si nipasẹ eto graphite microporous ti a ṣe ni pẹkipẹki ti a ṣe apẹrẹ lati ṣakoso ooru ati gbigbe gaasi laarin agbegbe crucible. Nipa ṣiṣakoso pinpin porosity ati agbara itusilẹ ooru ni deede, awọn paati wọnyi ṣe iranlọwọ lati ṣẹda iyipada iwọn otutu ti o dọgba diẹ sii ati dinku awọn rudurudu convective. Nitori naa, awọn ingots silicon carbide onigun nla ṣe afihan awọn isopọ idagbasoke ti o duro ṣinṣin diẹ sii, ikojọpọ wahala ooru ti o kere si, ati iduroṣinṣin eto ti o dara si.

4. Fẹ́ẹ̀lì Ààbò Pyrolytic Erogba (PYC)

Ní àfikún sí àwọn ìmọ̀ ẹ̀rọ wọ̀nyí, ìbòrí carbon pyrolytic (PYC) tó lágbára tún ń dènà ìṣẹ̀dá àwọn èròjà àti gbígba gaasi. Ìṣètò erogba rẹ̀ tó wà ní ìpele gíga máa ń ṣẹ̀dá ojú ilẹ̀ tí kò ní ihò, ó ń dín àwọn orísun ìbàjẹ́ kù nínú yàrá ìdàgbàsókè, ó sì ń mú kí agbára èròjà náà pọ̀ sí i nígbà tí a bá ń yípo ooru. Èyí ń dín ìwọ̀n ìṣẹ̀dá àbùkù kù, ó sì ń mú kí iṣẹ́ náà túbọ̀ rọrùn sí i.

Àwọn Ìdàgbàsókè Tó Ṣeé Ṣe Púpọ̀ Nínú Iṣẹ́ Ìdàgbàsókè Kírísítà Silicon Carbide

Àpapọ̀ ipa àwọn ìmọ̀ ẹ̀rọ ohun èlò tó ti ní ìlọsíwájú yìí ti yọrí sí àwọn àtúnṣe tó ṣeé wọ̀n nínú àwọn ìwọ̀n iṣẹ́ ṣíṣe pàtàkì. Ètò pápá ooru tó dára jùlọ ti fi hàn pé ó ń mú kí ìwọ̀n ìdàgbàsókè kírísítà pọ̀ sí i ní 15–20%, ó ń mú kí ìdúróṣinṣin èso wafer wà ní 90%, ó ń fa àkókò ìtọ́jú láti oṣù mẹ́ta sí mẹ́fà, ó sì ń dín iye owó iṣẹ́ kù ní 40%. Èyí tó ṣe pàtàkì jùlọ ni pé, àwọn àtúnṣe wọ̀nyí ń mú kí àwọn ìwọ̀n àbùkù tó wà lábẹ́ 0.05 àbùkù/cm² ṣeé ṣe, èyí sì ń jẹ́ kí iṣẹ́ àwọn ohun èlò tó lágbára tó yẹ fún àwọn ohun èlò tó ń lo agbára ọkọ̀ ayọ́kẹ́lẹ́ àti àwọn ohun èlò tó ń lo agbára ilé iṣẹ́ pọ̀ sí i.

Bí ìbéèrè kárí ayé fún àwọn ẹ̀rọ carbide silicon ń tẹ̀síwájú láti pọ̀ sí i, àǹfààní ìdíje àwọn olùpèsè substrate SiC túbọ̀ sinmi lórí agbára wọn láti ṣàkóso dídára kristali, láti mú lílo reactor pọ̀ sí i, àti láti dín ìyàtọ̀ ìṣelọ́pọ́ kù. Lójú èyí, àwọn ohun èlò pápá ooru tó ti ní ìlọsíwájú—pẹ̀lú àwọn èròjà graphite tí a fi TaC bo, àwọn ohun èlò SiC tí ó ní ìwúlò púpọ̀, àwọn ètò graphite tí a ṣe àtúnṣe, àti àwọn fẹ́lẹ́fẹ́lẹ́ ààbò carbon pyrolytic—ti di àwọn ìmọ̀-ẹ̀rọ pàtàkì fún ìdàgbàsókè àwọn kirisita silicon carbide PVT ìran tí ń bọ̀.

Ní wíwo ọjọ́ iwájú, ìtẹ̀síwájú nínú ìmọ̀ ẹ̀rọ ooru yóò kó ipa pàtàkì nínú ṣíṣe àṣeyọrí àwọn ìwọ̀n wafer tó tóbi jù, agbára ìṣelọ́pọ́ tó ga jù, àti àwọn ìwọ̀n àbùkù tó kéré síi. Fún àwọn olùpèsè tí wọ́n fi ara wọn fún iṣẹ́lọ́pọ́ wafer SiC tó gbòòrò àti tó lówó gọbọi, ṣíṣe àtúnṣe pápá ooru kìí ṣe ohun tí a gbé kalẹ̀ ní ìpele kejì mọ́, ṣùgbọ́n ó jẹ́ ohun pàtàkì fún mímú kí ìdíje ìgbà pípẹ́ wà nínú ọjà semiconductor tó ń dàgbàsókè kíákíá.

Awọn ibeere ti a beere nipa idagbasoke Crystal Silicon Carbide PVT

1. Kí ni PVT Silicon Carbide Crystal Growth, kí sì nìdí tí ó fi jẹ́ ọ̀nà tí a fẹ́ràn jùlọ fún ṣíṣe àwọn ohun èlò SiC?

Ọkọ̀ afẹ́fẹ́ ara ẹni (PVT) ni ìmọ̀-ẹ̀rọ ìdàgbàsókè kírísítà onípele púpọ̀ tí a gbà jùlọ lọ́wọ́lọ́wọ́ fún ṣíṣe àwọn ohun èlò onípele carbide onípele gíga. Nínú ìlànà yìí, a máa ń fi ohun èlò orísun SiC onípele gíga sínú omi ní ìwọ̀n otútù tí ó sábà máa ń ju 2000°C lọ, a sì máa ń gbé e lọ nípasẹ̀ ìpele ìṣàkóṣo kí a tó tún fi sínú kírísítà onípele kan.

Ní ìfiwéra pẹ̀lú àwọn ọ̀nà ìdàgbàsókè kirisita míràn, PVT ní agbára ìtẹ̀síwájú tó ga jùlọ fún ṣíṣe àwọn kirisita 4H-SiC oníwọ̀n ńlá nígbàtí ó ń pa dídára kirisita mọ́ àti ètò ìṣúná iṣẹ́ tó ṣeé gbà. Bí ilé iṣẹ́ náà ṣe ń yípadà sí àwọn wafers 200 mm (8-inch), àwọn àtúnṣe tó ń lọ lọ́wọ́ nínú àwòrán pápá ooru PVT, ìṣàkóso ìgbìn afẹ́fẹ́, àti ìmọ́tótó ohun èlò ṣì ṣe pàtàkì fún ṣíṣe àṣeyọrí iṣẹ́ ilé iṣẹ́ tó ní èso gíga.

2. Àwọn ìpèníjà wo ló máa ń dìde nígbà tí a bá ń yípadà láti ìṣẹ̀dá wafer SiC 6-inch sí 8-inch?

Ìyípadà láti 150 mm (6-inch) sí 200 mm (8-inch) àwọn wafers SiC dúró fún ọ̀kan lára ​​​​àwọn ìdàgbàsókè pàtàkì jùlọ nínú iṣẹ́ semiconductor wide-bandgap. Síbẹ̀síbẹ̀, àwọn iwọn ila opin kristali ńláńlá ń fa àwọn ìpèníjà ìmọ̀-ẹ̀rọ pàtàkì.

Ìwọ̀n ooru ti kristali naa pọ si ni pataki, o nilo akoko idagbasoke gigun ati iṣakoso ti o muna lori awọn iyipada otutu radial. Awọn aiṣedeede ooru kekere ti o le jẹ itẹwọgba ninu awọn kirisita kekere le di orisun pataki ti wahala, fifọ, ati itankale abawọn ninu awọn boules nla.

Nítorí náà, iṣẹ́ ṣíṣe SiC inṣi 8 nílò àwọn ohun èlò ooru tó túbọ̀ gbòòrò sí i, àwọn ètò ìdábòbò tó dára sí i, àwọn ìbòrí tó ti ní ìlọsíwájú, àti àwọn àwòṣe iná mànàmáná tó dára jùlọ láti mú kí iṣẹ́ náà dúró ṣinṣin ní gbogbo ìgbà tí a bá ń dàgbà.

3. Báwo ni ìbòrí TaC ṣe mú kí iṣẹ́ ìdàgbàsókè PVT Silicon Carbide Crystal dára síi?

Tantalum carbide (TaC) jẹ́ ọ̀kan lára ​​àwọn ohun èlò seramiki tí ó dúró ṣinṣin jùlọ tí ó wà fún àwọn àyíká ìdàgbàsókè PVT. Pẹ̀lú ibi tí ó ti ń yọ́ tí ó ń súnmọ́ 3880°C, àwọn ìbòrí TaC ń pèsè ìdènà tí ó dára jùlọ sí àwọn irú èéfín tí ó ní silicon tí a ń ṣe nígbà tí a bá ń yọ SiC kúrò.

Nígbà tí a bá lò ó sí àwọn èròjà graphite nípasẹ̀ ìtújáde Kẹ́míkà Vapor Deposition (CVD), TaC ń ṣiṣẹ́ gẹ́gẹ́ bí ìdènà ìtànkálẹ̀ tí ó ń dènà ìfọ́ kẹ́míkà, ó ń dín ìṣẹ̀dá pàtákì kù, ó sì ń pa ìrísí àtilẹ̀wá ti àwọn ètò pápá ooru mọ́.

Dídúróṣinṣin ní ìwọ̀n gbogbo ìgbà tí a bá ń dàgbàsókè, ó ń ran àwọn ipò ìrìnnà afẹ́fẹ́ àti àwọn ìpele ooru lọ́wọ́ láti dúró ṣinṣin, èyí tí ó ń ṣe àfikún taara sí ìdàgbàsókè kírísítàlì tí ó dára síi àti ìwọ̀n ìṣẹ̀dá àbùkù tí ó dínkù.