Vysoká čistota CVD Hrubý SiC: Procesné pohľady na rast materiálu

1. KonvenčnéCVD SiCProces ukladania

Štandardný proces CVD na nanášanie povlakov SiC zahŕňa sériu starostlivo kontrolovaných krokov:

Kúrenie:CVD pec sa zahrieva na teplotu medzi 100-160°C.

Nakladanie substrátu:Grafitový substrát (tŕň) je umiestnený na otočnej plošine v nanášacej komore.

Vysávanie a čistenie:Komora sa evakuuje a prepláchne plynným argónom (Ar) vo viacerých cykloch.

Regulácia kúrenia a tlaku:Komora sa zahrieva na depozičnú teplotu za nepretržitého vákua. Po dosiahnutí požadovanej teploty sa udržiava čas zdržania pred zavedením plynu Ar, aby sa dosiahol tlak 40-60 kPa. Komora sa potom opäť evakuuje.

Úvod prekurzorového plynu:Zmes vodíka (H2), argónu (Ar) a uhľovodíkového plynu (alkánu) sa zavádza do predhrievacej komory spolu s prekurzorom chlórsilánu (typicky chlorid kremičitý, SiCl4). Výsledná zmes plynov sa potom privádza do reakčnej komory.

Depozícia a chladenie:Po dokončení nanášania sa zastaví tok H2, chlórsilánu a alkánu. Prietok argónu sa udržiava na prečistenie komory počas chladenia. Nakoniec sa komora privedie na atmosférický tlak, otvorí sa a grafitový substrát potiahnutý SiC sa odstráni.

2. Aplikácie tlCVD SiCVrstvy

Vrstvy SiC s vysokou hustotou presahujúce hrúbku 1 mm nachádzajú kritické aplikácie v:

Výroba polovodičov:Ako zaostrovacie krúžky (FR) v systémoch suchého leptania na výrobu integrovaných obvodov.

Optika a letectvo:Vrstvy SiC s vysokou transparentnosťou sa používajú v optických zrkadlách a oknách kozmických lodí.

Tieto aplikácie vyžadujú vysokovýkonné materiály, vďaka ktorým je hrubý SiC produkt vysokej hodnoty s významným ekonomickým potenciálom.

3. Cieľové charakteristiky pre polovodičovú trieduCVD SiC

CVD SiCpre polovodičové aplikácie, najmä pre zaostrovacie krúžky, vyžaduje prísne materiálové vlastnosti:

Vysoká čistota:Polykryštalický SiC s úrovňou čistoty 99,9999 % (6N).

Vysoká hustota:Nevyhnutná je hustá mikroštruktúra bez pórov.

Vysoká tepelná vodivosť:Teoretické hodnoty sa približujú k 490 W/m·K, praktické hodnoty sa pohybujú v rozmedzí 200-400 W/m·K.

Riadený elektrický odpor:Žiaduce sú hodnoty medzi 0,01-500 Ω.cm.

Plazmatická odolnosť a chemická inertnosť:Rozhodujúce pre odolnosť voči agresívnemu leptanému prostrediu.

Vysoká tvrdosť:Vlastná tvrdosť SiC (~ 3000 kg/mm2) si vyžaduje špeciálne obrábacie techniky.

Kubická polykryštalická štruktúra:Je žiaduci prednostne orientovaný 3C-SiC (p-SiC) s dominantnou (111) kryštalografickou orientáciou.

4. Proces CVD pre 3C-SiC hrubé filmy

Preferovaný spôsob nanášania hrubých 3C-SiC filmov pre zaostrovacie krúžky je CVD s použitím nasledujúcich parametrov:

Výber prekurzora:Bežne sa používa metyltrichlórsilán (MTS), ktorý ponúka molárny pomer Si/C 1:1 pre stechiometrické nanášanie. Niektorí výrobcovia však optimalizujú pomer Si:C (1:1,1 až 1:1,4) na zvýšenie odolnosti voči plazme, čo môže mať vplyv na distribúciu veľkosti zŕn a preferovanú orientáciu.

Nosný plyn:Vodík (H2) reaguje s látkami obsahujúcimi chlór, zatiaľ čo argón (Ar) pôsobí ako nosný plyn pre MTS a riedi zmes plynov, čím riadi rýchlosť depozície.

5. Systém CVD pre aplikácie Focus Ring

Je prezentované schematické znázornenie typického CVD systému na nanášanie 3C-SiC pre zaostrovacie krúžky. Detailné výrobné systémy sú však často navrhnuté na mieru a vlastné.

6. Záver

Výroba vysoko čistých, hrubých SiC vrstiev pomocou CVD je zložitý proces vyžadujúci presnú kontrolu nad mnohými parametrami. Keďže dopyt po týchto vysokovýkonných materiáloch neustále rastie, prebiehajúce výskumné a vývojové snahy sa zameriavajú na optimalizáciu techník CVD, aby spĺňali prísne požiadavky výroby polovodičov novej generácie a iných náročných aplikácií.**