CVD-Verfahren zur Herstellung hochreiner SiC-Rohmaterialien in einem Siliciumcarbid-Syntheseofen bei 1600 °C

CVD-Verfahren zur Herstellung hochreiner SiC-Rohmaterialien im Siliciumcarbid-Syntheseofen bei 1600 °C (Abbildung)

Kurzbeschreibung:

Ein Siliciumcarbid-Syntheseofen (CVD). Er nutzt die chemische Gasphasenabscheidung (CVD), um gasförmige Siliciumquellen (z. B. SiH₄, SiCl₄) in einer Hochtemperaturumgebung zu Kohlenstoffquellen (z. B. C₃H₈, CH₄) zu verdampfen. Er ist eine Schlüsselkomponente für das Wachstum hochreiner Siliciumcarbid-Kristalle auf einem Substrat (Graphit oder SiC-Keimkristall). Die Technologie wird hauptsächlich zur Herstellung von SiC-Einkristallsubstraten (4H/6H-SiC) eingesetzt, die eine zentrale Prozesskomponente für die Fertigung von Leistungshalbleitern (wie MOSFETs und SBDs) darstellen.

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Merkmale

Funktionsprinzip:

1. Vorläuferzufuhr. Siliziumquellengase (z. B. SiH₄) und Kohlenstoffquellengase (z. B. C₃H₈) werden im entsprechenden Verhältnis gemischt und in die Reaktionskammer geleitet.

2. Hochtemperaturzersetzung: Bei einer hohen Temperatur von 1500~2300℃ entstehen durch die Gaszersetzung aktive Si- und C-Atome.

3. Oberflächenreaktion: Si- und C-Atome werden auf der Substratoberfläche abgeschieden und bilden eine SiC-Kristallschicht.

4. Kristallwachstum: Durch die Kontrolle des Temperaturgradienten, des Gasstroms und des Drucks wird ein gerichtetes Wachstum entlang der c-Achse oder der a-Achse erreicht.

Wichtigste Parameter:

• Temperatur: 1600~2200℃ (>2000℃ für 4H-SiC)

• Druck: 50~200 mbar (niedriger Druck zur Reduzierung der Gasbildung)

• Gasverhältnis: Si/C≈1,0~1,2 (um Si- oder C-Anreicherungsdefekte zu vermeiden)

Hauptmerkmale:

(1) Kristallqualität
Niedrige Defektdichte: Mikrotubulidichte < 0,5 cm ⁻², Versetzungsdichte <10⁴ cm⁻².

Kontrolle des polykristallinen Typs: Es können 4H-SiC (Standard), 6H-SiC, 3C-SiC und andere Kristalltypen gezüchtet werden.

(2) Leistung der Ausrüstung
Hohe Temperaturstabilität: Graphit-Induktionserwärmung oder Widerstandserwärmung, Temperatur >2300℃.

Gleichmäßigkeitskontrolle: Temperaturschwankung ±5℃, Wachstumsrate 10~50μm/h.

Gassystem: Hochpräzisions-Massendurchflussmesser (MFC), Gasreinheit ≥99,999%.

(3) Technologische Vorteile
Hohe Reinheit: Hintergrundverunreinigungskonzentration <10¹⁶ cm⁻³ (N, B usw.).

Große Dimensionierung: Unterstützt das Wachstum von 6"/8" SiC-Substraten.

(4) Energieverbrauch und Kosten
Hoher Energieverbrauch (200–500 kW·h pro Ofen), der 30–50 % der Produktionskosten des SiC-Substrats ausmacht.

Kernanwendungen:

1. Leistungshalbleitersubstrat: SiC-MOSFETs für die Herstellung von Elektrofahrzeugen und Photovoltaik-Wechselrichtern.

2. HF-Gerät: 5G-Basisstation GaN-auf-SiC-Epitaxiesubstrat.

3. Geräte für extreme Umgebungen: Hochtemperatursensoren für die Luft- und Raumfahrt sowie für Kernkraftwerke.

Technische Spezifikation:

Spezifikation	Details
Abmessungen (L × B × H)	4000 x 3400 x 4300 mm oder individuell anpassbar
Ofenkammerdurchmesser	1100 mm
Ladekapazität	50 kg
Der Grenzwert des Vakuums	10-2 Pa (2 Stunden nach dem Start der Molekularpumpe)
Druckanstiegsrate in der Kammer	≤10Pa/h (nach der Kalzinierung)
Hubbewegung der unteren Ofenabdeckung	1500 mm
Heizmethode	Induktionserwärmung
Die maximale Temperatur im Ofen	2400 °C
Heizstromversorgung	2 x 40 kW
Temperaturmessung	Zweifarbige Infrarot-Temperaturmessung
Temperaturbereich	900~3000℃
Genauigkeit der Temperaturregelung	±1°C
Regeldruckbereich	1~700 mbar
Genauigkeit der Druckregelung	1~5 mbar ±0,1 mbar; 5–100 mbar ±0,2 mbar; 100~700 mbar ±0,5 mbar
Lademethode	Geringere Belastung;
Optionale Konfiguration	Doppelte Temperaturmessstelle, Entladegabelstapler.

XKH-Dienstleistungen:

XKH bietet umfassende Dienstleistungen für Siliciumcarbid-CVD-Öfen, darunter die Anpassung der Anlagen (Temperaturzonendesign, Gassystemkonfiguration), Prozessentwicklung (Kristallkontrolle, Defektoptimierung), technische Schulungen (Bedienung und Wartung) sowie Kundendienst (Ersatzteilversorgung für Schlüsselkomponenten, Ferndiagnose). So unterstützt XKH seine Kunden bei der Massenproduktion hochwertiger SiC-Substrate. Darüber hinaus bietet XKH Prozessoptimierungen zur kontinuierlichen Verbesserung der Kristallausbeute und Wachstumseffizienz.