High-Purity CVD Thick SiC: Process Insights for Material Growth

1. ΣυμβατικόCVD SiCΔιαδικασία εναπόθεσης

Η τυπική διαδικασία CVD για την εναπόθεση επικαλύψεων SiC περιλαμβάνει μια σειρά από προσεκτικά ελεγχόμενα βήματα:

Θέρμανση:Ο κλίβανος CVD θερμαίνεται σε θερμοκρασία μεταξύ 100-160°C.

Φόρτωση υποστρώματος:Ένα υπόστρωμα γραφίτη (μαντρέλι) τοποθετείται σε μια περιστρεφόμενη πλατφόρμα εντός του θαλάμου εναπόθεσης.

Κενό και καθαρισμός:Ο θάλαμος εκκενώνεται και καθαρίζεται με αέριο αργό (Ar) σε πολλαπλούς κύκλους.

Έλεγχος θέρμανσης και πίεσης:Ο θάλαμος θερμαίνεται στη θερμοκρασία εναπόθεσης υπό συνεχές κενό. Αφού επιτευχθεί η επιθυμητή θερμοκρασία, διατηρείται ένας χρόνος παραμονής πριν από την εισαγωγή του αερίου Ar για να επιτευχθεί πίεση 40-60 kPa. Στη συνέχεια ο θάλαμος εκκενώνεται ξανά.

Πρόδρομο Αέριο Εισαγωγή:Ένα μείγμα υδρογόνου (Η2), αργού (Ar) και αερίου υδρογονάνθρακα (αλκάνιο) εισάγεται σε έναν θάλαμο προθέρμανσης, μαζί με έναν πρόδρομο χλωροσιλανίου (συνήθως τετραχλωριούχο πυρίτιο, SiCl4). Το προκύπτον μίγμα αερίου στη συνέχεια τροφοδοτείται στον θάλαμο αντίδρασης.

Εναπόθεση και ψύξη:Με την ολοκλήρωση της εναπόθεσης διακόπτεται η ροή Η2, χλωροσιλανίου και αλκανίου. Η ροή αργού διατηρείται για τον καθαρισμό του θαλάμου κατά την ψύξη. Τέλος, ο θάλαμος φέρεται σε ατμοσφαιρική πίεση, ανοίγει και αφαιρείται το επικαλυμμένο με SiC υπόστρωμα γραφίτη.

2. Εφαρμογές του χοντρούCVD SiCΕπίπεδα

Στρώματα SiC υψηλής πυκνότητας με πάχος άνω του 1 mm βρίσκουν κρίσιμες εφαρμογές σε:

Κατασκευή ημιαγωγών:Ως δακτύλιοι εστίασης (FR) σε συστήματα ξηρής χάραξης για την κατασκευή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων.

Οπτική και Αεροδιαστημική:Τα στρώματα SiC υψηλής διαφάνειας χρησιμοποιούνται σε οπτικούς καθρέφτες και παράθυρα διαστημικών σκαφών.

Αυτές οι εφαρμογές απαιτούν υλικά υψηλής απόδοσης, καθιστώντας το παχύ SiC ένα προϊόν υψηλής αξίας με σημαντικές οικονομικές δυνατότητες.

3. Χαρακτηριστικά στόχου για Ημιαγωγούς-ΒαθμούCVD SiC

CVD SiCγια εφαρμογές ημιαγωγών, ιδιαίτερα για δακτυλίους εστίασης, απαιτεί αυστηρές ιδιότητες υλικού:

Υψηλή καθαρότητα:Πολυκρυσταλλικό SiC με επίπεδο καθαρότητας 99,9999% (6Ν).

Υψηλή πυκνότητα:Μια πυκνή μικροδομή χωρίς πόρους είναι απαραίτητη.

Υψηλή θερμική αγωγιμότητα:Οι θεωρητικές τιμές πλησιάζουν τα 490 W/m·K, με τις πρακτικές τιμές να κυμαίνονται από 200-400 W/m·K.

Ελεγχόμενη ηλεκτρική αντίσταση:Τιμές μεταξύ 0,01-500 Ω.cm είναι επιθυμητές.

Αντίσταση στο πλάσμα και χημική αδράνεια:Κρίσιμο για αντοχή σε επιθετικά περιβάλλοντα χάραξης.

Υψηλή σκληρότητα:Η εγγενής σκληρότητα του SiC (~3000 kg/mm2) απαιτεί εξειδικευμένες τεχνικές κατεργασίας.

Κυβική πολυκρυσταλλική δομή:Επιθυμείται κατά προτίμηση 3C-SiC (β-SiC) με κυρίαρχο (111) κρυσταλλογραφικό προσανατολισμό.

4. Διαδικασία CVD για παχιές μεμβράνες 3C-SiC

Η προτιμώμενη μέθοδος για την εναπόθεση παχύρρευστων φιλμ 3C-SiC για δακτυλίους εστίασης είναι η CVD, χρησιμοποιώντας τις ακόλουθες παραμέτρους:

Επιλογή προδρόμου:Το μεθυλοτριχλωροσιλάνιο (MTS) χρησιμοποιείται συνήθως, προσφέροντας γραμμομοριακή αναλογία 1:1 Si/C για στοιχειομετρική εναπόθεση. Ωστόσο, ορισμένοι κατασκευαστές βελτιστοποιούν την αναλογία Si:C (1:1,1 έως 1:1,4) για να ενισχύσουν την αντίσταση στο πλάσμα, επηρεάζοντας δυνητικά την κατανομή μεγέθους κόκκων και τον προτιμώμενο προσανατολισμό.

Αέριο μεταφοράς:Το υδρογόνο (H2) αντιδρά με είδη που περιέχουν χλώριο, ενώ το αργό (Ar) δρα ως αέριο φορέας για το MTS και αραιώνει το μείγμα αερίων για τον έλεγχο του ρυθμού εναπόθεσης.

5. Σύστημα CVD για εφαρμογές δακτυλίου εστίασης

Παρουσιάζεται μια σχηματική αναπαράσταση ενός τυπικού συστήματος CVD για την εναπόθεση 3C-SiC για δακτυλίους εστίασης. Ωστόσο, τα λεπτομερή συστήματα παραγωγής είναι συχνά ειδικά σχεδιασμένα και ιδιόκτητα.

6. Συμπέρασμα

Η παραγωγή στρωμάτων SiC υψηλής καθαρότητας μέσω CVD είναι μια πολύπλοκη διαδικασία που απαιτεί ακριβή έλεγχο πολλών παραμέτρων. Καθώς η ζήτηση για αυτά τα υλικά υψηλής απόδοσης συνεχίζει να αυξάνεται, οι συνεχείς προσπάθειες έρευνας και ανάπτυξης επικεντρώνονται στη βελτιστοποίηση των τεχνικών CVD για την κάλυψη των αυστηρών απαιτήσεων της κατασκευής ημιαγωγών επόμενης γενιάς και άλλων απαιτητικών εφαρμογών.**