半導體材料與工藝：SiC晶體生長(cháng)進(jìn)入「電阻爐」時(shí)代！

2022年6月恒普科技推出新一代2.0版SiC電阻晶體生長(cháng)爐，本次量產(chǎn)推出的爐型是基于恒普上一代6、8英寸電阻爐的全新版本，積極對應市場(chǎng)對SiC電阻晶體生長(cháng)爐的行業(yè)需求。

國內SiC晶體生長(cháng)爐幾乎都是采用感應發(fā)熱的方式，感應發(fā)熱晶體生長(cháng)爐設備投資低，結構簡(jiǎn)單，維護便利，熱效率高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛被行業(yè)使用。但也有些技術(shù)難點(diǎn)制約其性能進(jìn)一步提高，主要難點(diǎn)：由于趨膚效應，均勻熱場(chǎng)建立難度高，熱場(chǎng)的溫度容易受到外部環(huán)境的擾動(dòng)，難以修正由于晶體生長(cháng)和原料分解等參數變化帶來(lái)的內部擾動(dòng)，并且工藝參數深度耦合，控制難度高。
碳化硅8英寸時(shí)代的到來(lái)，隨著(zhù)坩堝的直徑增長(cháng)，感應線(xiàn)圈只能加熱坩堝的表面，不同位置的徑向溫度梯度都會(huì )隨之增大，這對于大直徑的晶體生長(cháng)是不適合的參數變化，對于原料分解，晶體面型，熱應力帶來(lái)的復雜缺陷的調節，都面臨挑戰。

為了解決行業(yè)痛點(diǎn)，恒普科技推出了以【軸徑分離】為核心技術(shù)，石墨發(fā)熱的SiC晶體生長(cháng)技術(shù)平臺，與【新工藝】 組合，突破性的解決晶體 長(cháng)大、長(cháng)快、長(cháng)厚 的行業(yè)核心需求。

新一代石墨發(fā)熱晶體生長(cháng)爐，在籽晶徑向區域主動(dòng)調節其區域溫度，軸向溫度通過(guò)料區熱場(chǎng)調節其區域溫度，從而實(shí)現【軸徑分離】。
晶體生長(cháng)時(shí)，隨著(zhù)厚度的增加，籽晶區域熱容發(fā)生變化，熱導也會(huì )發(fā)生很大的變化，這些參數的變化都會(huì )影響到籽晶區域的溫度，由于籽晶區域有徑向平面的發(fā)熱體，可以主動(dòng)調節徑向平面的溫度，實(shí)現徑向平面的可控熱量散失。隨著(zhù)原料分解，料的導熱率發(fā)生變化（注：二次傳質(zhì)的舊工藝），會(huì )在料的上部結晶，料區熱場(chǎng)可以根據料的狀態(tài)主動(dòng)調節料區溫度。
設定生長(cháng)工藝時(shí)，只需直接設定籽晶區域溫度曲線(xiàn)，和軸向溫度梯度溫度曲線(xiàn)，“所見(jiàn)即所得”，降低了工藝耦合的難度和避免了工藝黑箱。為了實(shí)現【軸徑分離】，就需要對溫度進(jìn)行精準控制，而不能采用傳統的功率控制，所以新?tīng)t型標準配備了【溫度閉環(huán)控制】，全程長(cháng)晶工藝采用溫度控制。
【軸徑分離】與【新工藝】完美結合，是新一代2.0版SiC電阻晶體生長(cháng)爐的技術(shù)亮點(diǎn)，【新工藝】采用一次傳質(zhì)熱場(chǎng)，讓物質(zhì)流的輸送實(shí)現基本恒定，配合【軸徑分離】的精準區域溫度控制技術(shù)，更優(yōu)化的解決晶體的 長(cháng)大、長(cháng)快、長(cháng)厚 的行業(yè)需求。
石墨熱場(chǎng)發(fā)熱的晶體生長(cháng)爐具有一些天然的優(yōu)勢：a、溫度的穩定性；b、過(guò)程的重復性；c、溫度場(chǎng)的可控性。更適合于大尺寸碳化硅SiC晶體的生長(cháng)，如：8英寸或更大尺寸。

?【軸徑分離】*?【新工藝】*?【溫度閉環(huán)控制】*?【高精度壓力控制】*? 全尺寸（6英寸和8英寸）? 緊湊熱場(chǎng)設計，能耗大幅降低。? 晶體生長(cháng)工具包* 詳見(jiàn)下文技術(shù)注解
▍技術(shù)注解：
【軸徑分離】軸向溫度梯度與徑向溫度不存在強耦合，可以對軸向溫度梯度和徑向溫度分別進(jìn)行高精度控制。是解決晶體長(cháng)快的核心技術(shù)之一。
【溫度閉環(huán)控制】SiC晶體在2000℃以上的高溫下生長(cháng)，對溫度的穩定性要求極高，但由于SiC粉料揮發(fā)等原因，無(wú)法做到對溫度的精準測量，導致晶體生長(cháng)時(shí)無(wú)法進(jìn)行溫度控制，而是采用功率控制，恒普科技采用創(chuàng )新的溫度測量方法，能將溫度的測量精度大幅度提高并保持高度穩定，能夠在晶體生長(cháng)的全周期采用溫度控制。
【新工藝】采用一次傳質(zhì)的新熱場(chǎng)，傳質(zhì)效率提高且基本恒定，降低再結晶影響（避免二次傳質(zhì)），有效降低了微管或其它晶體缺陷。生長(cháng)后期，降低碳包裹物的影響，在滿(mǎn)足晶體質(zhì)量的前提下，將晶體厚度大幅增加。是解決晶體長(cháng)厚的核心技術(shù)之一。
【高精度壓力控制】SiC晶體生長(cháng)爐在晶體生長(cháng)時(shí)，通常壓力控制的波動(dòng)在±3Pa,恒普科技的創(chuàng )新技術(shù)可以將壓力控制在±0.3Pa，提高了一個(gè)數量級。

寧波恒普真空科技股份有限公司是一家以材料研究為基礎，以高溫熱場(chǎng)環(huán)境控制為技術(shù)核心的金屬注射成形（MIM）領(lǐng)域和寬禁帶半導體領(lǐng)域的關(guān)鍵設備供應商，主要從事金屬注射成形（MIM）脫脂燒結爐、碳化硅晶體生長(cháng)爐、碳化硅同質(zhì)外延設備等熱工裝備的研發(fā)、生產(chǎn)和銷(xiāo)售。
更多半導體信息，請關(guān)注微信公眾號： 半導體材料與工藝。