CVD debeli SiC visoke čistosti: vpogled v proces za rast materiala

1. KonvencionalniCVD SiCPostopek nanašanja

Standardni postopek CVD za nanašanje SiC prevlek vključuje vrsto skrbno nadzorovanih korakov:

Ogrevanje:CVD peč se segreje na temperaturo med 100-160°C.

Nalaganje substrata:Grafitni substrat (trn) je nameščen na vrtljivo ploščad v komori za nanašanje.

Vakuum in čiščenje:Komora se v več ciklih izprazni in očisti s plinom argonom (Ar).

Nadzor ogrevanja in tlaka:Komora se segreje na temperaturo nanašanja pod stalnim vakuumom. Po doseganju želene temperature se vzdržuje čas zadrževanja pred uvedbo plina Ar, da se doseže tlak 40-60 kPa. Komoro nato ponovno izpraznimo.

Uvod predhodnega plina:Mešanica vodika (H2), argona (Ar) in ogljikovodikovega plina (alkana) se vnese v predgrelno komoro skupaj s prekurzorjem klorosilana (običajno silicijevega tetraklorida, SiCl4). Nastala mešanica plinov se nato dovaja v reakcijsko komoro.

Odlaganje in hlajenje:Po končanem nanašanju se pretok H2, klorosilana in alkana ustavi. Pretok argona se vzdržuje za splakovanje komore med hlajenjem. Nazadnje se komora dvigne na atmosferski tlak, se odpre in odstrani se grafitna podlaga, prevlečena s SiC.

2. Aplikacije debelegaCVD SiCPlasti

Plasti SiC z visoko gostoto, ki presegajo debelino 1 mm, se kritično uporabljajo v:

Proizvodnja polprevodnikov:Kot fokusni obroči (FR) v sistemih za suho jedkanje za izdelavo integriranih vezij.

Optika in letalstvo:Plasti SiC z visoko prosojnostjo se uporabljajo v optičnih ogledalih in oknih vesoljskih plovil.

Te aplikacije zahtevajo visoko zmogljive materiale, zaradi česar je debel SiC izdelek visoke vrednosti z velikim gospodarskim potencialom.

3. Ciljne značilnosti za kakovost polprevodnikovCVD SiC

CVD SiCza uporabo v polprevodnikih, zlasti za fokusne obroče, zahteva stroge lastnosti materiala:

Visoka čistost:Polikristalni SiC s stopnjo čistosti 99,9999 % (6N).

Visoka gostota:Bistvena je gosta mikrostruktura brez por.

Visoka toplotna prevodnost:Teoretične vrednosti se približajo 490 W/m·K, s praktičnimi vrednostmi v razponu od 200-400 W/m·K.

Nadzorovana električna upornost:Zaželene so vrednosti med 0,01–500 Ω.cm.

Odpornost na plazmo in kemična inertnost:Kritičen za odpornost na agresivna okolja za jedkanje.

Visoka trdota:Inherentna trdota SiC (~3000 kg/mm2) zahteva posebne tehnike obdelave.

Kubična polikristalna struktura:Zaželen je prednostno usmerjen 3C-SiC (β-SiC) s prevladujočo (111) kristalografsko orientacijo.

4. Postopek CVD za debele plasti 3C-SiC

Prednostna metoda za nanašanje debelih filmov 3C-SiC za fokusne obroče je CVD z uporabo naslednjih parametrov:

Izbira predhodnika:Običajno se uporablja metiltriklorosilan (MTS), ki ponuja molsko razmerje 1:1 Si/C za stehiometrično nanašanje. Vendar pa nekateri proizvajalci optimizirajo razmerje Si:C (1:1,1 do 1:1,4), da povečajo odpornost proti plazmi, kar lahko vpliva na porazdelitev velikosti zrn in prednostno orientacijo.

Nosilni plin:Vodik (H2) reagira s spojinami, ki vsebujejo klor, medtem ko argon (Ar) deluje kot nosilni plin za MTS in razredči mešanico plinov za nadzor stopnje usedanja.

5. Sistem CVD za aplikacije fokusnega obroča

Predstavljen je shematski prikaz tipičnega CVD sistema za nanašanje 3C-SiC za fokusne obroče. Vendar pa so podrobni proizvodni sistemi pogosto oblikovani po meri in lastniški.

6. Zaključek

Proizvodnja debelih plasti SiC visoke čistosti s CVD je kompleksen proces, ki zahteva natančen nadzor nad številnimi parametri. Ker povpraševanje po teh visokozmogljivih materialih še naprej narašča, se tekoča prizadevanja za raziskave in razvoj osredotočajo na optimizacijo tehnik CVD, da bi izpolnili stroge zahteve izdelave polprevodnikov naslednje generacije in drugih zahtevnih aplikacij.**