Labai grynas CVD storas SiC: medžiagų augimo proceso įžvalgos

1. ĮprastaCVD SiCNusodinimo procesas

Standartinis CVD procesas, skirtas SiC dangų nusodinimui, apima keletą kruopščiai kontroliuojamų veiksmų:

Šildymas:CVD krosnis kaitinama iki 100-160°C temperatūros.

Substrato pakrovimas:Grafito substratas (įtvaras) dedamas ant besisukančios platformos nusodinimo kameroje.

Vakuumas ir valymas:Kamera ištuštinama ir prapučiama argono (Ar) dujomis keliais ciklais.

Šildymo ir slėgio valdymas:Kamera kaitinama iki nusodinimo temperatūros nuolatiniame vakuume. Pasiekus pageidaujamą temperatūrą, prieš įleidžiant Ar dujas palaikomas palaikymo laikas, kad būtų pasiektas 40-60 kPa slėgis. Tada kamera vėl evakuojama.

Pirmtakų dujų įvadas:Vandenilio (H2), argono (Ar) ir angliavandenilio dujų (alkano) mišinys įleidžiamas į pakaitinimo kamerą kartu su chlorsilano pirmtaku (paprastai silicio tetrachloridu, SiCl4). Tada gautas dujų mišinys tiekiamas į reakcijos kamerą.

Nusodinimas ir aušinimas:Pasibaigus nusodinimui, H2, chlorsilano ir alkano srautas sustabdomas. Argono srautas palaikomas siekiant išvalyti kamerą aušinant. Galiausiai kamera pakeliama iki atmosferos slėgio, atidaroma ir pašalinamas SiC padengtas grafito substratas.

2. Naudojimas StorasCVD SiCSluoksniai

Didelio tankio SiC sluoksniai, kurių storis viršija 1 mm, yra labai svarbūs:

Puslaidininkių gamyba:Kaip fokusavimo žiedai (FR) sauso ėsdinimo sistemose, skirtose integrinių grandynų gamybai.

Optika ir aviacija:Didelio skaidrumo SiC sluoksniai naudojami optiniuose veidrodžiuose ir erdvėlaivių languose.

Šiems tikslams reikalingos aukštos kokybės medžiagos, todėl storas SiC yra didelės vertės produktas, turintis didelį ekonominį potencialą.

3. Tikslinės puslaidininkių klasės charakteristikosCVD SiC

CVD SiCpuslaidininkiams, ypač fokusavimo žiedams, reikalingos griežtos medžiagos savybės:

Didelis grynumas:Polikristalinis SiC, kurio grynumo lygis 99,9999 % (6N).

Didelis tankis:Būtina tanki, be porų mikrostruktūra.

Didelis šilumos laidumas:Teorinės vertės artėja prie 490 W/m·K, o praktinės vertės svyruoja nuo 200–400 W/m·K.

Valdoma elektrinė varža:Pageidautinos vertės tarp 0,01-500 Ω.cm.

Atsparumas plazmai ir cheminis inertiškumas:Labai svarbu atlaikyti agresyvią ėsdinimo aplinką.

Didelis kietumas:SiC būdingas kietumas (~3000 kg/mm2) reikalauja specializuotų apdirbimo būdų.

Kubinė polikristalinė struktūra:Pageidautina, kad 3C-SiC (β-SiC) būtų orientuota dominuojanti (111) kristalografinė orientacija.

4. CVD procesas, skirtas 3C-SiC storio plėvelėms

Pageidautinas storų 3C-SiC plėvelių nusodinimo fokusavimo žiedams metodas yra CVD, naudojant šiuos parametrus:

Pirmtakų pasirinkimas:Dažniausiai naudojamas metiltrichlorsilanas (MTS), siūlantis 1:1 Si/C molinį santykį stechiometriniam nusodinimui. Tačiau kai kurie gamintojai optimizuoja Si:C santykį (nuo 1:1,1 iki 1:1,4), kad padidintų plazmos atsparumą, o tai gali turėti įtakos grūdelių dydžio pasiskirstymui ir pageidaujamai orientacijai.

Vežėjo dujos:Vandenilis (H2) reaguoja su chloro turinčiomis rūšimis, o argonas (Ar) veikia kaip MTS nešančiosios dujos ir atskiedžia dujų mišinį, kad kontroliuotų nusėdimo greitį.

5. CVD sistema fokusavimo žiedų programoms

Pateikiamas tipinės CVD sistemos, skirtos 3C-SiC nusodinti fokusavimo žiedams, schema. Tačiau išsamios gamybos sistemos dažnai yra sukurtos pagal užsakymą ir yra patentuotos.

6. Išvada

Labai grynų, storų SiC sluoksnių gamyba naudojant CVD yra sudėtingas procesas, reikalaujantis tikslios daugelio parametrų kontrolės. Kadangi šių aukštos kokybės medžiagų paklausa ir toliau auga, nuolatiniai tyrimai ir plėtra yra sutelkti į CVD metodų optimizavimą, kad atitiktų griežtus naujos kartos puslaidininkių gamybos ir kitų sudėtingų programų reikalavimus.**