高品質の結晶成長を達成する方法は？ -SICクリスタル成長炉

1.炭化シリコンの結晶成長炉の基本原理は何ですか？

炭化シリコンの結晶成長炉の作業原理は、物理的昇華（PVT）です。 PVTメソッドは、高純度SIC単結晶を栽培するための最も効率的な方法の1つです。熱場、大気、成長パラメーターの正確な制御により、炭化シリコンの結晶成長炉は、高温で安定して動作し、昇華、気相伝達、凝縮結露の結晶化プロセスを完成させることができます。SICパウダー.

1.1成長炉の作業原則

●PVTメソッド

PVTメソッドのコアは、シリコン炭化物粉末を高温で気体透過を介して気相伝達を介して種子結晶を凝縮して単一結晶構造を形成することです。この方法は、高純度の大規模な結晶を準備する上で大きな利点があります。

●結晶成長の基本プロセス

s支持：るつぼ中のSIC粉末は、2000年を超える高温でSI、C2、SIC2などの気体成分に昇華します。

✔輸送：熱勾配の作用の下で、ガス状成分は高温ゾーン（粉末ゾーン）から低温ゾーン（種子結晶表面）に伝達されます。

condensation結露の結晶化：揮発性成分は種子結晶表面を沈殿させ、格子方向に沿って成長して単結晶を形成します。

1.2結晶成長の特定の原則

炭化シリコン結晶の成長プロセスは3つの段階に分割され、互いに密接にリンクされ、結晶の最終品質に影響します。

sic粉末昇華： 高温条件下では、固体SIC（炭化シリコン）は気体シリコン（SI）およびガス炭素（C）に昇華し、反応は次のとおりです。

sic（s）→si（g） + c（g）

揮発性ガス成分（SIC2など）を生成するためのより複雑な二次反応。高温は、昇華反応を促進するために必要な状態です。

✔気相輸送： 気体成分は、るつぼの昇華ゾーンから温度勾配の駆動下でシードゾーンに輸送されます。ガスの流れの安定性は、堆積の均一性を決定します。

condensation結露の結晶化： 低温では、揮発性ガス成分が種子結晶の表面と結合して固体結晶を形成します。このプロセスには、熱力学と結晶学の複雑なメカニズムが含まれます。

1.3炭化シリコンの結晶成長の重要なパラメーター

高品質のSIC結晶には、次のパラメーターを正確に制御する必要があります。

✔温度： 昇華ゾーンは、粉末の完全な分解を確保するために2000年を超えて保持する必要があります。シードゾーンの温度は、1600-1800の温度を制御して、中程度の堆積速度を確保します。

✔圧力： PVT成長は通常、10〜20 TORRの低圧環境で実行され、気相輸送の安定性を維持します。高い圧力または低い圧力は、結晶成長率が速すぎるか、欠陥の増加につながります。

✔雰囲気： 高純度のアルゴンをキャリアガスとして使用して、反応プロセス中の不純物の汚染を避けます。大気の純度は、結晶欠陥の抑制に不可欠です。

✔時間： 結晶の成長時間は通常、均一な成長と適切な厚さを達成するために数十時間までです。

2。炭化シリコンの結晶成長炉の構造は何ですか？

シリコン炭化物結晶成長炉の構造の最適化は、主に高温加熱、大気制御、温度フィールド設計、監視システムに焦点を当てています。

2.1成長炉の主なコンポーネント

● 高温加熱システム

✔ 抵抗加熱：高温抵抗ワイヤ（モリブデン、タングステンなど）を使用して、熱エネルギーを直接提供します。利点は高温制御の精度ですが、寿命は高温で制限されています。

✔ 誘導加熱：渦電流加熱は、誘導コイルを介してるつぼに生成されます。高効率と非接触の利点がありますが、機器のコストは比較的高くなっています。

● グラファイトるつぼおよび基質種子ステーション

crucible高純粋なグラファイトるつぼは、高温安定性を保証します。

seed種子ステーションの設計では、気流の均一性と熱伝導率の両方を考慮に入れる必要があります。

● 大気制御デバイス

curty反応環境の純度と安定性を確保するために、高純度ガス送達システムと圧力調節バルブを装備しています。

● 温度フィールドの均一性設計

るつぼ壁の厚さ、加熱要素分布、熱シールド構造を最適化することにより、温度場の均一な分布が達成され、結晶に対する熱応力の影響が減少します。

2.2温度フィールドと熱勾配設計

✔ 温度フィールドの均一性の重要性： 不均一な温度フィールドは、クリスタル内の異なる局所成長率と欠陥につながります。温度フィールドの均一性は、環状対称設計と熱シールドの最適化によって大幅に改善できます。

✔ 熱勾配の正確な制御： ヒーターの電力分布を調整し、熱シールドを使用して異なる領域を分離して、温度差を減らします。熱勾配は、結晶の厚さと表面の品質に直接影響を与えるためです。

2.3結晶成長プロセスのための監視システム

✔ 温度監視： 光ファイバー温度センサーを使用して、昇華ゾーンとシードゾーンのリアルタイム温度を監視します。データフィードバックシステムは、発熱力を自動的に調整できます。

✔ 成長率の監視： レーザー干渉法を使用して、結晶表面の成長速度を測定します。監視データをモデリングアルゴリズムと組み合わせて、プロセスを動的に最適化します。

3.炭化シリコンの晶質炉の技術的な困難は何ですか？

炭化シリコンの結晶成長炉の技術的なボトルネックは、主に高温材料、温度フィールド制御、欠陥抑制、サイズの膨張に集中しています。

3.1高温材料の選択と課題

黒鉛非常に高温で簡単に酸化されますSICコーティング酸化抵抗を改善するために追加する必要があります。コーティングの品質は、炉の寿命に直接影響します。

加熱要素の寿命と温度制限。高温抵抗ワイヤは、高疲労抵抗を持つ必要があります。誘導加熱装置は、コイル熱散逸設計を最適化する必要があります。

3.2温度と熱場の正確な制御

不均一な熱場の影響は、積み重ね障害と転位の増加につながります。炉の熱フィールドシミュレーションモデルは、事前に問題を検出するために最適化する必要があります。

高温監視装置の信頼性。高温センサーは、放射線と熱ショックに耐性がある必要があります。

3.3結晶欠陥の制御

積み重ね障害、脱臼、多型ハイブリッドが主な欠陥タイプです。熱フィールドと大気を最適化すると、欠陥密度を減らすことができます。

不純物源の制御。高純度の材料の使用と炉の封印は、不純物の抑制に不可欠です。

3.4大規模な結晶成長の課題

サイズの膨張のための熱場の均一性の要件。結晶サイズが4インチから8インチに拡張されると、温度フィールドの均一性設計を完全にアップグレードする必要があります。

亀裂と反りの問題の解決策。熱応力勾配を減らすことにより、結晶の変形を減らします。

4.高品質のSIC結晶を栽培するための原材料は何ですか？

Vetek半導体は、新しいSIC単結晶原料を開発しました - 高純度CVD sic原材料。この製品は国内のギャップを埋め、世界的にもリードレベルにあり、競争で長期的な主要な地位にあります。従来のシリコン炭化物原料は、高純度のシリコンとグラファイトの反応によって生成されます。これは、コストが高く、純度が低く、サイズが小さいです。

Vetek半導体の流動床技術は、メチルトリクロロジランを使用して、化学蒸気堆積を介してシリコン炭化物原料を生成し、主な副産物は塩酸です。塩酸は、アルカリで中和することにより塩を形成する可能性があり、環境に汚染を引き起こすことはありません。 

同時に、メチルトリクロロジランは広く使用されている工業用ガスであり、特に中国はメチルトリクロロジランの主要生産者です。したがって、vetek半導体の高純度CVD sic原材料コストと品質の観点から国際的な競争力があります。高純度CVD sic原材料の純度は99.9995％を超えています。

size大きなサイズと高密度： 平均粒子サイズは約4〜10mmで、国内のアケソン原材料の粒子サイズは2.5mm未満です。同じ体積のるつぼは、1.5kg以上の原材料を保持することができます。これは、大規模な結晶成長材料の供給不足の問題を解決し、原材料のグラフィット化を緩和し、炭素の包装を減らし、結晶品質を改善することに役立ちます。

si/Cの低い比率： 自己伝播法のアチソン原材料よりも1：1に近いため、Si部分的圧力の増加によって誘発される欠陥を減らすことができます。

✔出力値が高い： 成長した原材料は、プロトタイプを維持し、再結晶を減らし、原材料のグラフィット化を減らし、炭素包装欠陥を減らし、結晶の品質を改善します。

✔純度が高い： CVD法によって生成される原材料の純度は、自己伝播法のAcheson原材料の純度よりも高くなっています。窒素含有量は、追加の精製なしで0.09ppmに達しました。この原材料は、半断熱分野でも重要な役割を果たすことができます。

dost低コスト： 均一な蒸発率は、プロセスと製品の品質管理を促進し、一方、原材料の利用率を改善します（利用率> 50％、4.5kgの原材料は3.5kgのインゴットを生成します）。

✔ヒューマンエラー率が低い： 化学蒸着は、人間の手術によって導入される不純物を避けます。