Методы получения монокристаллов SiC: акцент на PVT-методе

Основные методы получения монокристаллов карбида кремния (SiC) включают физический транспорт пара (PVT), рост из раствора с затравкой (TSSG) и высокотемпературное химическое осаждение из паровой фазы (HT-CVD).
Среди них PVT-метод наиболее широко используется в промышленном производстве благодаря простоте оборудования, легкости управления, относительно низкой стоимости оборудования и эксплуатационных расходов.

Ключевые технологии роста кристаллов SiC методом PVT

Схематическое изображение структуры роста PVT

Ключевые факторы, которые следует учитывать при выращивании кристаллов SiC методом физического транспорта пара (PVT), включают:

Чистота графитовых материалов в тепловом поле

Содержание примесей в графитовых деталях должно быть ниже 5×10⁻⁶, а содержание примесей в изоляционном войлоке должно быть ниже 10×10⁻⁶.

Концентрации бора (B) и алюминия (Al) должны быть менее 0.1×10⁻⁶.

Правильный выбор полярности затравочного кристалла

Грань C (0001) подходит для выращивания кристаллов 4H-SiC.

Грань Si (0001) подходит для выращивания кристаллов 6H-SiC.

Использование внеосевого затравочного кристалла

Внеосевые затравки изменяют симметрию роста и помогают уменьшить образование дефектов в кристалле.

Хороший процесс связывания затравочного кристалла

Обеспечивает механическую стабильность и однородность в процессе роста.

Стабильный интерфейс роста в процессе

Поддержание стабильного интерфейса твердое тело-газ имеет решающее значение для формирования высококачественных кристаллов.

Критические технологии для выращивания кристаллов SiC

Технология легирования в порошке SiC

Легирование церием (Ce) в исходном порошке способствует стабильному росту однофазных кристаллов 4H-SiC.

Преимущества включают увеличение скорости роста, улучшенный контроль ориентации, уменьшение количества примесей и дефектов, а также повышение стабильности однофазности и качества кристаллов.

Это также помогает подавить эрозию задней стороны и улучшает монокристалличность.

Контроль осевых и радиальных тепловых градиентов

Осевой тепловой градиент влияет на политипную стабильность и эффективность роста.

Низкие градиенты могут приводить к нежелательным политипам и снижению переноса материала.

Правильные осевые и радиальные градиенты обеспечивают быстрый рост и стабильное качество кристаллов.

Контроль дислокаций в базисной плоскости (BPD)

BPD вызваны касательным напряжением, превышающим критическое касательное напряжение SiC.

Эти дефекты образуются на стадиях роста и охлаждения из-за активации системы скольжения.

Уменьшение внутреннего напряжения минимизирует образование BPD.

Контроль соотношения состава газовой фазы

Соотношение более высокое отношение углерода к кремнию в газовой фазе помогает подавить политипное преобразование.

Это уменьшает образование больших ступеней, сохраняет информацию о поверхности роста и повышает политипную стабильность.

​

Контроль роста с низким напряжением

Внутреннее напряжение приводит к изгибу решетки, растрескиванию кристалла и увеличению BPD, что негативно влияет на эпитаксию и производительность устройств.

Основные стратегии снижения напряжения включают:

• Оптимизацию теплового поля и технологических параметров для достижения равновесного роста.

• Реконструкцию структуры тигля для обеспечения свободного расширения кристалла.

• Регулировку методов связывания затравки, например, оставление зазора 2 мм между затравкой и графитовым держателем для компенсации разницы теплового расширения.

• Контроль отжига после роста, включая охлаждение в печи in-situ и оптимизированные параметры отжига для снятия остаточного напряжения.

Тенденции развития технологии выращивания кристаллов SiC
 

В будущем рост высококачественных монокристаллов SiC будет развиваться в следующих направлениях:

Увеличение размера пластин

Диаметр пластин SiC вырос от нескольких миллиметров до 6-дюймовых, 8-дюймовых и даже 12-дюймовых.

Большие пластины повышают эффективность производства, снижают затраты и соответствуют требованиям к мощным устройствам.

Более высокое качество

Хотя качество кристаллов SiC значительно улучшилось, дефекты, такие как микропоры, дислокации и примеси, все еще сохраняются.

Устранение этих дефектов имеет решающее значение для обеспечения производительности и надежности устройств.

Снижение стоимости

Текущая высокая стоимость кристаллов SiC ограничивает их широкое распространение.

Снижение затрат может быть достигнуто за счет оптимизации процессов, повышения эффективности и более дешевого сырья.

Заключение:

Выращивание высококачественных монокристаллов SiC является ключевой областью исследований полупроводниковых материалов. С непрерывным технологическим прогрессом методы выращивания кристаллов SiC будут развиваться дальше, закладывая прочную основу для их применения в высокотемпературной, высокочастотной и мощной электронике.

Наша продукция：