Vysoce čisté CVD tlustý SiC: Procesní statistiky pro růst materiálu

1. KonvenčníCVD SiCDepoziční proces

Standardní proces CVD pro nanášení povlaků SiC zahrnuje řadu pečlivě kontrolovaných kroků:

Topení:CVD pec se zahřívá na teplotu mezi 100-160°C.

Nakládání substrátu:Grafitový substrát (trn) je umístěn na rotační platformě v nanášecí komoře.

Vysávání a čištění:Komora je evakuována a propláchnuta plynným argonem (Ar) v několika cyklech.

Regulace topení a tlaku:Komora je zahřívána na depoziční teplotu za stálého vakua. Po dosažení požadované teploty se udržuje doba zdržení před zavedením plynu Ar, aby se dosáhlo tlaku 40-60 kPa. Poté se komora opět evakuuje.

Úvod prekurzorového plynu:Směs vodíku (H2), argonu (Ar) a uhlovodíkového plynu (alkanu) se zavádí do předehřívací komory spolu s prekurzorem chlorsilanu (typicky chlorid křemičitý, SiCl4). Výsledná plynná směs se pak přivádí do reakční komory.

Depozice a chlazení:Po dokončení depozice se zastaví tok H2, chlorsilanu a alkanu. Během chlazení se udržuje proud argonu, aby se komora propláchla. Nakonec se komora uvede na atmosférický tlak, otevře se a grafitový substrát potažený SiC se odstraní.

2. Aplikace tlCVD SiCVrstvy

Vrstvy SiC s vysokou hustotou přesahující tloušťku 1 mm nacházejí kritické aplikace v:

Výroba polovodičů:Jako ohniskové kroužky (FR) v systémech suchého leptání pro výrobu integrovaných obvodů.

Optika a letectví:Vysoce transparentní SiC vrstvy se používají v optických zrcadlech a oknech kosmických lodí.

Tyto aplikace vyžadují vysoce výkonné materiály, díky nimž je tlustý SiC produktem vysoké hodnoty s významným ekonomickým potenciálem.

3. Cílové charakteristiky pro polovodičovou tříduCVD SiC

CVD SiCpro polovodičové aplikace, zejména pro ohniskové kroužky, vyžaduje přísné materiálové vlastnosti:

Vysoká čistota:Polykrystalický SiC s úrovní čistoty 99,9999 % (6N).

Vysoká hustota:Nezbytná je hustá mikrostruktura bez pórů.

Vysoká tepelná vodivost:Teoretické hodnoty se blíží 490 W/m·K, praktické hodnoty se pohybují v rozmezí 200-400 W/m·K.

Řízený elektrický odpor:Žádoucí jsou hodnoty mezi 0,01-500 Ω.cm.

Plazmatická odolnost a chemická inertnost:Rozhodující pro odolnost vůči agresivnímu leptacímu prostředí.

Vysoká tvrdost:Vlastní tvrdost SiC (~3000 kg/mm2) vyžaduje specializované obráběcí techniky.

Kubická polykrystalická struktura:Je žádoucí přednostně orientovaný 3C-SiC (p-SiC) s dominantní (111) krystalografickou orientací.

4. Proces CVD pro 3C-SiC tlusté filmy

Preferovanou metodou pro nanášení silných 3C-SiC filmů pro zaostřovací kroužky je CVD s použitím následujících parametrů:

Výběr prekurzoru:Běžně se používá methyltrichlorsilan (MTS), který nabízí molární poměr Si/C 1:1 pro stechiometrické nanášení. Někteří výrobci však optimalizují poměr Si:C (1:1,1 až 1:1,4), aby zvýšili odolnost vůči plazmatu, což může mít vliv na distribuci velikosti zrn a preferovanou orientaci.

Nosný plyn:Vodík (H2) reaguje s látkami obsahujícími chlor, zatímco argon (Ar) působí jako nosný plyn pro MTS a ředí směs plynů pro řízení rychlosti depozice.

5. Systém CVD pro aplikace Focus Ring

Je prezentováno schematické znázornění typického CVD systému pro nanášení 3C-SiC pro zaostřovací kroužky. Podrobné výrobní systémy jsou však často navrženy na zakázku a jsou vlastní.

6. Závěr

Výroba vysoce čistých silných vrstev SiC pomocí CVD je složitý proces vyžadující přesnou kontrolu mnoha parametrů. Vzhledem k tomu, že poptávka po těchto vysoce výkonných materiálech neustále roste, pokračující výzkum a vývoj se zaměřují na optimalizaci technik CVD, aby splňovaly přísné požadavky na výrobu polovodičů nové generace a další náročné aplikace.**