半導(dǎo)體材料與工藝：SiC晶體生長進(jìn)入「電阻爐」時代！

2022年6月恒普科技推出新一代2.0版SiC電阻晶體生長爐，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(yīng)市場對SiC電阻晶體生長爐的行業(yè)需求。

國內(nèi)SiC晶體生長爐幾乎都是采用感應(yīng)發(fā)熱的方式，感應(yīng)發(fā)熱晶體生長爐設(shè)備投資低，結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)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(yīng)，均勻熱場建立難度高，熱場的溫度容易受到外部環(huán)境的擾動，難以修正由于晶體生長和原料分解等參數(shù)變化帶來的內(nèi)部擾動，并且工藝參數(shù)深度耦合，控制難度高。
碳化硅8英寸時代的到來，隨著坩堝的直徑增長，感應(yīng)線圈只能加熱坩堝的表面，不同位置的徑向溫度梯度都會隨之增大，這對于大直徑的晶體生長是不適合的參數(shù)變化，對于原料分解，晶體面型，熱應(yīng)力帶來的復(fù)雜缺陷的調(diào)節(jié)，都面臨挑戰(zhàn)。

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晶體生長技術(shù)平臺，與【新工藝】 組合，突破性的解決晶體 長大、長快、長厚 的行業(yè)核心需求。

新一代石墨發(fā)熱晶體生長爐，在籽晶徑向區(qū)域主動調(diào)節(jié)其區(qū)域溫度，軸向溫度通過料區(qū)熱場調(diào)節(jié)其區(qū)域溫度，從而實(shí)現(xiàn)【軸徑分離】。
晶體生長時，隨著厚度的增加，籽晶區(qū)域熱容發(fā)生變化，熱導(dǎo)也會發(fā)生很大的變化，這些參數(shù)的變化都會影響到籽晶區(qū)域的溫度，由于籽晶區(qū)域有徑向平面的發(fā)熱體，可以主動調(diào)節(jié)徑向平面的溫度，實(shí)現(xiàn)徑向平面的可控?zé)崃可⑹?。隨著原料分解，料的導(dǎo)熱率發(fā)生變化（注：二次傳質(zhì)的舊工藝），會在料的上部結(jié)晶，料區(qū)熱場可以根據(jù)料的狀態(tài)主動調(diào)節(jié)料區(qū)溫度。
設(shè)定生長工藝時，只需直接設(shè)定籽晶區(qū)域溫度曲線，和軸向溫度梯度溫度曲線，“所見即所得”，降低了工藝耦合的難度和避免了工藝黑箱。為了實(shí)現(xiàn)【軸徑分離】，就需要對溫度進(jìn)行精準(zhǔn)控制，而不能采用傳統(tǒng)的功率控制，所以新爐型標(biāo)準(zhǔn)配備了【溫度閉環(huán)控制】，全程長晶工藝采用溫度控制。
【軸徑分離】與【新工藝】完美結(jié)合，是新一代2.0版SiC電阻晶體生長爐的技術(shù)亮點(diǎn)，【新工藝】采用一次傳質(zhì)熱場，讓物質(zhì)流的輸送實(shí)現(xiàn)基本恒定，配合【軸徑分離】的精準(zhǔn)區(qū)域溫度控制技術(shù)，更優(yōu)化的解決晶體的 長大、長快、長厚 的行業(yè)需求。
石墨熱場發(fā)熱的晶體生長爐具有一些天然的優(yōu)勢：a、溫度的穩(wěn)定性；b、過程的重復(fù)性；c、溫度場的可控性。更適合于大尺寸碳化硅SiC晶體的生長，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）? 緊湊熱場設(shè)計，能耗大幅降低。? 晶體生長工具包* 詳見下文技術(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(qiáng)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，對溫度的穩(wěn)定性要求極高，但由于SiC粉料揮發(fā)等原因，無法做到對溫度的精準(zhǔn)測量，導(dǎo)致晶體生長時無法進(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(wěn)定，能夠在晶體生長的全周期采用溫度控制。
【新工藝】采用一次傳質(zhì)的新熱場，傳質(zhì)效率提高且基本恒定，降低再結(jié)晶影響（避免二次傳質(zhì)），有效降低了微管或其它晶體缺陷。生長后期，降低碳包裹物的影響，在滿足晶體質(zhì)量的前提下，將晶體厚度大幅增加。是解決晶體長厚的核心技術(shù)之一。
【高精度壓力控制】SiC晶體生長爐在晶體生長時，通常壓力控制的波動在±3Pa,恒普科技的創(chuàng)新技術(shù)可以將壓力控制在±0.3Pa，提高了一個數(shù)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(chǔ)，以高溫?zé)釄霏h(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(dǎo)體領(lǐng)域的關(guān)鍵設(shè)備供應(yīng)商，主要從事金屬注射成形（MIM）脫脂燒結(jié)爐、碳化硅晶體生長爐、碳化硅同質(zhì)外延設(shè)備等熱工裝備的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。
更多半導(dǎo)體信息，請關(guān)注微信公眾號： 半導(dǎo)體材料與工藝。