8 дюймдік кремний карбидіне негізделген, бір кристалды пештің біртұтас технологиясы

       Кремний карбиді жоғары температуралы, жоғары жиілікті, жоғары қуатты, жоғары қуатты және жоғары вольтты құрылғылардың тамаша материалдарының бірі болып табылады. Өндірістік тиімділікті арттыру және шығындарды азайту мақсатында ірі мөлшердегі кремний карбидінің субстраттарын дайындау маңызды даму бағыты болып табылады. Процесске қойылатын талаптарға ұмтылу8 дюймдік кремний карбиді (SIC) Бір кристалды өсу, кремний карбидінің өсу механизмі Физикалық будың физикалық бумен (Pvt) әдісі талданды, жылу жүйесі (TAC Guide Ring, Tac, TAX)TAC қапталған сақиналар, TAC қапталған тақтайша, TAD, үш жапырақшалы сақина, үш жапырақшалы, TAX қапталған, TAX қапталған иілген, кеуекті графит, жұмсақ киізден жасалған, қатты киізден жасалған, кристалды өсуSIC жалғыз кристалды өсу процесі Қосалқы бөлшектерВетек жартылай өткізгіштерімен қамтамасыз етілген), кремний карбидінің өңделуі және технологиялық параметрлерді басқару технологиясы, кремний карбидінің бір кристалды пештері зерттелді, ал 8 дюймдік кристалдар термиялық далалық модельдеу және технологиялық тәжірибе арқылы сәтті дайындалып, өсірілді.

Кіріспе

      Кремний карбиді (SIC) - үшінші буын жартылай өткізгіш материалдарының типтік өкілі. Оның өнімділігі жоғары, мысалы, үлкен жолақ ені, жоғары бөлініп жатқан электр өрісі және жоғары жылу өткізгіштік сияқты артықшылықтарға ие. Ол жоғары температурада, жоғары қысымды және жоғары жиілікті кен орындарында жақсы өнер көрсетеді және жартылай өткізгіш материалдық технологиялар саласындағы дамудың негізгі бағыттарының бірі болды.  Қазіргі уақытта кремний карбид кристалдарының өнеркәсіптік өсуі негізінен физикалық бу көлігін (PVT) қолданады, бұл көп фазалы, көп компонентті, бірнеше жылу, бірнеше жылу және бұқаралық ауысу және магниттік-электрмен жылу ағынының күрделі мәселелерін қамтиды. Сондықтан, ПВТ өсу жүйесінің дизайны қиын, және технологиялық параметрді өлшеу және бақылауКристалл өсу процесіКүрделі, нәтижесінде кремсон карбидінің кристалдарының сапа ақауларын және кіші кристалды мөлшерін бақылау қиын, сондықтан кремний карбиді бар құрылғылардың бағасы жоғары болып қалады.

      Кремний карбиді өндірістік жабдық кремний карбидінің технологиясы және индустриялық дамудың негізі болып табылады. Техникалық деңгей, технологиялық қабілеттілік және кремний карбидінің жалғыз кристалды өсуі пештері үшін кремний карбид материалдарының үлкен мөлшері мен жоғары өнімділігі бойынша дамудың кілті, сонымен қатар үшінші буынды жартылай өткізгіш индустриясының арқасында, арзан және кең көлемде дамудың негізгі факторлары болып табылады. Жартылай өткізгіш құрылғыларда кремний карбиді бар бір кристалл, субстрат ретінде, ішкі пропорциядағы субстрат құны шамамен 50% құрайды. Ірі мөлшері жоғары кремний карбидінің кристалды көмірсуларының дамуы, кремний карбидінің жалғыз кристалды субстраттарының өнімділігі мен өсу қарқынын жақсарту және өндіріс шығындарын азайту тиісті құрылғыларды қолданудың маңызды мәнге ие. Өндірістік қуаттылықты жеткізу және одан әрі кремний карбид құрылғыларының орташа құнын төмендету мақсатында кремний карбид субстраттарының мөлшерін кеңейту маңызды әдістердің бірі болып табылады. Қазіргі уақытта халықаралық негізгі кремний карбидінің субстраты 6 дюйм, ал 8 дюймге тез дамып келеді.

       8 дюймдік крембон карбидінің бірыңғай кристалды кәртішкелерінің дамуында шешілуі керек негізгі технологиялар: (1) 8 дюймдік температуралы градиентті және 8 дюймдік крембидті кристалдардың өсуіне қолайлы үлкен бойлық температуралық градиентті жобалау. (2) Үлкен өлшемді ротация және катушканың айналуы және катушкаларын көтеру және түсіру механизмі, кристалды өсу кезінде кристалды өсу процесінде айналады және 8 дюймдік кристаллдың консистенциясына сәйкес катушкаға қатысты, өсу мен қалыңдығын қамтамасыз етеді. (3) Жоғары сапалы жалғыз кристалды өсу процесінің қажеттіліктеріне сәйкес келетін динамикалық жағдайларда технологиялық параметрлерді автоматты түрде басқару.

1 PVT кристалды өсу механизмі

       PVT әдісі кремний карбидін бір кристаллдарды Цилиндель көзін Цилиндрлік тығыз графиттің түбіне қою арқылы дайындау, ал SIC тұқымдық кристалы кристалды қақпақтың жанында орналасқан. Айқышқа 2 300 ~ 2 400 ℃ радио жиілік индукциясы немесе қарсылықпен жылытылады және графитті киізден тұрадыкеуекті графит. SIC көзінен алынған негізгі заттар, тұқымдық кристал - SI, SI2C молекулалары және SIC2. Тұқымдық кристаллдағы температура төменгі микро-ұнтаққа қарағанда сәл төмен, ал осьтік температура градиенті айқышта қалыптасады. 1-суретте көрсетілгендей, кремний карбид микро-ұнтақ сублиматтар.

ПВТ өсуінің негізгі химиялық реакциясы:

SIC (лер) ⇌ SI (G) + C (S)

2SIC ⇌ және₂C (g) + c (s)

2сик ⇌ SIC2 (g) + SI (L, G)

Sic (лар) ⇌ SIC (G)

SIC бірыңғай кристалдарының PVT өсуінің сипаттамалары:

1) Газ қатты интерфейсі бар: біреуі - бұл газ-SIC ұнтағы интерфейсі, ал екіншісі - газ-кристалды интерфейс.

2) газ фазасы екі заттардан тұрады: біреуі - жүйеге енгізілген инертті молекулалар; Екіншісі - ыдырау және сублимациялау арқылы шығарылатын SIMCN газ фазасы компонентіSic ұнтағы. Газ фазасы компоненттері Simcn бір-бірімен өзара әрекеттеседі, және кристалдану процесінің талаптарына сәйкес келетін Simcn Simcn Simcn құрамдас бөлігі SIC Crystal-қа өседі.

3) қатты кремний карбидінің ұнтағында, қатты-фазалық реакциялар, сублимацияланбаған бөлшектер, оның ішінде кристалдану реакциялары арқылы белгілі бір бөлшектер мен кристаллографиялық морфологиясы бар кейбір бөлшектер, кейбір бөлшектер, кейбір бөлшектер, кейбір бөлшектер, кейбір бөлшектер түзеді, ал кейбір бөлшектер қалыптастырады, ал кейбір бөлшектерді қалыптастырады және стелкий емес бөлшектермен немесе көміртекті емес бөлшектермен айналады және сублимация.

4) Crystal өсу процесінде екі фазалық өзгерістер болады: бір фазалық карбидінің ұнтағы симпон бөлшектері стелкетикалық емес ыдырау және сублимация арқылы SIMCN бөлшектері, ал SIMCN газ фазасы компоненттері кристалдану арқылы тор бөлшектеріне айналады.

2 Жабдық дизайны 

      2-суретте көрсетілгендей, кремний карбидінің жалғыз кристалды пештері негізінен мыналарды қамтиды: жоғарғы мұқаба құрастыру, камералық құрастыру, жылыту жүйесі, айналмалы айналу механизмі, төменгі қабатты көтеру механизмі және электрлік басқару жүйесі.

2.1 Жылыту жүйесі 

     3-суретте көрсетілгендей, жылу жүйесі индукциялық жылытуды қабылдайды және индукциялық катушкадан тұрады, аГрафитті графит, оқшаулағыш қабат (Қатты киіз, жұмсақ киізОрташа жиіліктен ауыспалы ток графиттің сыртқы жағындағы мульти бұрылыс катушкасы арқылы өтеді, егер графиттің сыртқы жағындағы мульти бұрылыс катушкасынан өтеді, сол жиіліктің индукцияланған магнит өрісі графитке енгізіліп, индукцияланған электромотивтер пайда болады. Жоғары сапалы графитті материалдың жақсы өткізгіштігі жақсы болғандықтан, ток едәуір ток толығымен токта пайда болады. Lorentz Force әрекеті аясында индукцияланған ток, ақырында, кресло (I.e., тері эффектінің) сыртқы қабырғасына жиналады және радиалды бағытта біртіндеп әлсіретеді. EDDY токтарының болуына байланысты, джоуль жылуы өсу жүйесінің жылу көзіне айналуы мүмкін. Джоуль жылуының мөлшері мен таралуы Айқындағы температура өрісін тікелей анықтаңыз, бұл өз кезегінде кристалдың өсуіне әсер етеді.

     4-суретте көрсетілгендей, индукциялық катушкалар жылу жүйесінің негізгі бөлігі болып табылады. Ол тәуелсіз катушкалардың екі жиынтығын қабылдайды және сәйкесінше жоғарғы және төменгі дәлдік механизмдерімен жабдықталған. Барлық жылу жүйесінің электр жылу шығындарының көп бөлігі катушкамен көтеріледі, ал мәжбүрлі салқындату керек. Катушка мыс түтігі бар және сумен салқындатылған. Индукцияланған токтың жиілік диапазоны - 8 ~ 12 кГц. Индукциялық қыздыру жиілігі графитіндегі электромагниттік өрістің ену тереңдігін анықтайды. Котилді қозғалыс механизмі моторлы бұрандалы жұп механизмін қолданады. Индукция катушкасы ұнтақтың сублимациясына қол жеткізу үшін ішкі графитті қыздыру үшін индукциялық қуат көзімен жұмыс істейді. Сонымен бірге, екі катушкалардың күші мен салыстырмалы позициясы температураны төменгі микро ұнтақтағы температураны төменгі микро ұнтақтағы температураны төменгі микро ұнтақтағышқа дейін, бұл тұқымдық кристалл мен ұнтақ градиентті қалыптастырады және кремний карбид кристалында радиалды температуралы градиентті қалыптастырады.

2.2 Айқын бұру механизмі 

      Ірі өлшемді өсу кезіндеКремний карбидінің жалғыз кристалдары, қуысының вакуумдық ортасындағы шыңдылар процесс талаптарына сәйкес айналады, ал градиенттік жылу өрісі және қуыста төмен қысым күйі тұрақты болуы керек. 5-суретте көрсетілгендей, моторлы редукторлар жұбы кресттердің тұрақты айналуына қол жеткізу үшін қолданылады. Магнитті сұйықтықты тығыздау құрылымы айналмалы біліктің динамикалық тығыздалуына қол жеткізу үшін қолданылады. Магнит сұйықтықтағы пломбеті магнит-магнит өрісі, магниттік полюстер мен магниттік өріс тізбегі және магниттік жеңі мен магниттік жеңі мен магниттік жеңі мен магниттік жеңі және аяқ киімге арналған май тәрізді сұйықтықты мықтап басқарады. Егер вакуологиялық қозғалыс атмосферадан вакуумдық камераға берілсе, сұйық O-сақиналы динамикалық тығыздау Құрылғы қатты тозудың кемшіліктерін және сұйық магниттік сұйықтық бүкіл пломбаланған кеңістікті толтыру үшін қолданылады, сондықтан барлық арналарды бітеп тастайды, осылайша барлық арналарды бұғаттайды және қауіпті қозғалыс пен тоқтатудың екі процедурасына қол жеткізе алады. Магниттік сұйықтық және кресликациялық қолдау Магнитті сұйықтықтың жоғары температуралы қолданылуын және термиялық өріс жағдайының тұрақтылығына қол жеткізу үшін су салқындату құрылымын қолданады.

2.3 Төменгі қақпақты көтеру механизмі

     Төменгі қақпақты көтеру механизмі жетек моторынан, доп бұрандасынан, сызықтық бағыттаушыдан, тартқыш кронштейннен, пештің қақпағын және пештің қақпағын қапсырмадан тұрады. Мотор пештің қақпағын жапсырмайды, бұрандалы бағыттағышқа бұрандалы бағыттағышқа қосылған, төменгі қақпақтың жоғары және төмен қозғалысын іске қосыңыз.

     Төменгі қақпақты көтеру механизмі үлкен өлшемді крестілерді орналастыруға және алып тастауға және ең бастысы, ең бастысы, пештің төменгі қақпағының тығыздауын қамтамасыз етеді. Бүкіл процесс барысында камерада вакуум, жоғары қысымды және төмен қысым сияқты қысым өзгереді. Төменгі қақпақтың сығымдау және тығыздағыш күйі технологиялық сенімділікке тікелей әсер етеді. Тығыздағыш жоғары температурада орындалмаса, бүкіл процесс жазылады. Моторлы серво бақылау және шектеулі құрылғы арқылы төменгі мұқаба жинағының тығыздығы және камераның тығыздығы 6-суретте көрсетілгендей, пештің қысымын қамтамасыз ету үшін пештің қысымының тұрақтылығына және пештің тығыздау сақинасының ең жақсы күйіне қол жеткізу үшін бақыланады.

2.4 Электрлік басқару жүйесі 

      Карбид кристалдарының өсуі кезінде электрлік басқару жүйесі әр түрлі процестер жүйесі, негізінен, катушканың позициясы, айқыштағы айналу жылдамдығы, жылу қуаты және температурасы, түрлі арнайы газды қабылдау ағыны және пропорционалды клапанның ашылуы.

      7-суретте көрсетілгендей, басқару жүйесі программаланатын контроллерді сервер ретінде пайдаланады, ол серво драйверіне автобуспен байланысқан, катушканың қозғалысымен және кредитке байланысты; Ол температураны, қысымның және арнайы технологиялық газ ағынының нақты уақытын бақылауды жүзеге асыру үшін стандартты Mobusrtu арқылы температура контроллерімен және ағынды реттегішке қосылған. Онда Ethernet арқылы конфигурация бағдарламалық жасақтамасымен байланыс орнатады, нақты уақыт режимінде жүйелік ақпарат алмасады және хост компьютерінде процестердің әртүрлі параметрлері туралы ақпарат береді. Операторлар, технологиялық персонал және менеджерлер адам-машина интерфейсі арқылы басқару жүйесімен алмасады.

     Басқару жүйесі барлық өрістерді жинауды, барлық жетектердің жұмыс жағдайын талдауды және механизмдер арасындағы логикалық қатынасты жүзеге асырады. Бағдарламаланатын контроллер қабылдаушы компьютердің нұсқауларын қабылдайды және жүйенің әрбір жетекті басқаруды аяқтайды. Автоматты өңдеу мәзірінің орындалуы және қауіпсіздік стратегиясы барлығы бағдарламаланатын контроллермен орындалады. Бағдарламаланатын контроллердің тұрақтылығы технологиялық мәзірдің жұмысының тұрақтылығы мен қауіпсіздік сенімділігін қамтамасыз етеді.

     Жоғарғы теңшелім нақты уақыт режимінде бағдарламаланатын контроллермен деректерді алмастырады және өріс деректерін көрсетеді. Ол жылуды басқару, қысыммен бақылау, газды басқару және қозғалтқыштарды басқару, қозғалтқышты басқару, және әр түрлі параметрлердің параметрлерін интерфейсімен жабдықтауға болады. Нақты уақыттағы уақыт режимінде оятар параметрлерін бақылау, экран сигналын көрсету, оятар мен қалпына келтірудің уақыты мен егжей-тегжейлі мәліметтерін жазу. Барлық технологиялық мәліметтерді, экрандық жұмыс мазмұнын және жұмыс уақытын нақты уақыт режимінде жазу. Әр түрлі технологиялық параметрлердің синтезделуі бағдарламаланатын контроллер ішіндегі негізгі код арқылы жүзеге асырылады және процестің ең көбі 100 сатылы жүзеге асырылуы мүмкін. Әр қадамда технологиялық жұмыс уақыты, мақсатты қуат, мақсатты қысым, аргон ағындары, азот ағындары, сутегі ағындары, мықты позиция және кресалды мөлшерлеме сияқты ондаған технологиялық параметрлер кіреді.

3 Жылу даласын модельдеуді талдау

    Жылу кен орнын модельдеуді талдау моделі құрылды. 8-сурет - бұлыңғыр өсу камерасындағы температура корт. 4H-SIC біртұтас кристалының өсу температурасының артуын қамтамасыз ету үшін, тұқымдық кристаллдың ортаңғы температурасы 2200 ℃, ал жиек температурасы 2205,4 ℃ болып табылады. Қазіргі уақытта ортаңғы температура - бұл орташа температура 2167.5 ℃, ал ұнтақ аймағының ең жоғары температурасы (бүйірден төмен), мысалы, осьтік температура градиенті қалыптастырады.

       Хрустальды радиалды градиентті тарату 9-суретте көрсетілген. Тұқымдық кристалды бетінің төменгі бүйірлік температуралы градиенті кристалды өсудің пішінін тиімді жақсарта алады. Ағымдағы есептелген бастапқы температура айырмашылығы - 5.4 ℃, ал жалпы пішінді тегіс және сәл дөңес, ол радиалды температураны басқару дәлдігіне және тұқымдық кристалл бетінің біркелкілік талаптарына сәйкес келуі мүмкін сәл тегіс және сәл дөңес болып табылады.

       Шикізат беті мен тұқымдық беті арасындағы температура арасындағы қисық сызық 10-суретте көрсетілген. Материал бетінің ортаңғы температурасы 2210 ₸, ал 1 ℃ / см градиенті, ал 1 ₸ және тұқымның бойлық градиенті, бұл ақылға қонымды диапазонда орналасқан.

      Болжалды өсу қарқыны 11-суретте көрсетілген. Тым тез өсу жылдамдығы полиморфизм және дислокация сияқты ақаулардың ықтималдығын арттыра алады. Ағымдағы есептік өсу қарқыны ақылға қонымды диапазонда 0,1 мм / сағ құрайды.

     Жылу далаларын модельдеу және есептеу арқылы, тұқымдық кристаллдың ортаңғы температурасы мен жиек температурасы 8 дюймдік кристалдың радиалды температуралық градиентіне сәйкес келетіні анықталды. Сонымен бірге, кристаллдың ұзындығы мен қалыңдығына сәйкес келетін осьтік температура градиенті. Өсу жүйесінің ағымдағы жылыту әдісі 8 дюймдік бір кристалдардың өсуіне сәйкес келуі мүмкін.

4 тәжірибелік тест

     Мұны пайдалануКремний карбиді Бірыңғай кристалды өсімдікЖылу өрісін модельдеудің температуралық градиентіне негізделген, мысалы, кремний карбидінің кристалды карбидінің кристалды кәрзеңкесі (12-суретте көрсетілгендей).

5 қорытынды

     8 дюймдік крембидтің 8-дюймдік крембидтерінің жалғыз кристалдарының, мысалы, градиентті жылу өрісі, кристалды кристалдар, өлкемдік механизм және технологиялық параметрлерді автоматты басқару зерттелді. Күрделі өсу камерасындағы жылу өрісі мінсіз температуралық градиентті итермеледі және талданды. Тестілеуден кейін қос катус индукциялық қыздыру әдісі үлкен мөлшерде өсуіне сәйкес келуі мүмкінКарбид кристалдары кремний. Осы технологияны зерттеу және дамыту 8 дюймдік карбид кристалдарын алу үшін жабдық технологиясын ұсынады және кремний карбидінің индустрияландыруына арналған жабдықтар қорын 6 дюймден 8 дюймнан 8 дюймге, кремний карбид материалдарының өсу тиімділігін арттырады және шығындарды азайтады.