CVD дебел SiC с висока чистота: Прозрения за процеса за растеж на материали

1. КонвенционалниCVD SiCПроцес на отлагане

Стандартният CVD процес за нанасяне на SiC покрития включва серия от внимателно контролирани стъпки:

Отопление:CVD пещта се нагрява до температура между 100-160°C.

Зареждане на субстрата:Графитен субстрат (дорник) се поставя върху въртяща се платформа в камерата за отлагане.

Вакуум и прочистване:Камерата се вакуумира и продухва с газ аргон (Ar) в множество цикъла.

Контрол на отоплението и налягането:Камерата се нагрява до температурата на отлагане при непрекъснат вакуум. След достигане на желаната температура се поддържа време на задържане преди въвеждането на газ Ar за постигане на налягане от 40-60 kPa. След това камерата се вакуумира отново.

Въвеждане на газ прекурсор:Смес от водород (H2), аргон (Ar) и въглеводороден газ (алкан) се въвежда в камера за предварително нагряване, заедно с прекурсор на хлоросилан (обикновено силициев тетрахлорид, SiCl4). След това получената газова смес се подава в реакционната камера.

Отлагане и охлаждане:След завършване на отлагането потокът на Н2, хлоросилан и алкан се спира. Потокът от аргон се поддържа, за да прочисти камерата, докато се охлажда. Накрая камерата се довежда до атмосферно налягане, отваря се и покритият със SiC графитен субстрат се отстранява.

2. Приложения на ThickCVD SiCСлоеве

SiC слоеве с висока плътност с дебелина над 1 mm намират критични приложения в:

Производство на полупроводници:Като фокусни пръстени (FR) в системи за сухо ецване за производство на интегрални схеми.

Оптика и космонавтика:Слоевете SiC с висока прозрачност се използват в оптични огледала и прозорци на космически кораби.

Тези приложения изискват материали с висока производителност, което прави дебелия SiC продукт с висока стойност и значителен икономически потенциал.

3. Целеви характеристики за полупроводников класCVD SiC

CVD SiCза полупроводникови приложения, особено за фокусни пръстени, изисква строги свойства на материала:

Висока чистота:Поликристален SiC с ниво на чистота 99,9999% (6N).

Висока плътност:Плътната микроструктура без пори е от съществено значение.

Висока топлопроводимост:Теоретичните стойности се доближават до 490 W/m·K, а практическите стойности варират от 200-400 W/m·K.

Контролирано електрическо съпротивление:Желателни са стойности между 0,01-500 Ω.cm.

Плазмена устойчивост и химическа инертност:Критичен за издържане на агресивни ецващи среди.

Висока твърдост:Присъщата на SiC твърдост (~3000 kg/mm2) налага специални техники за обработка.

Кубична поликристална структура:Желан е преференциално ориентиран 3C-SiC (β-SiC) с доминираща (111) кристалографска ориентация.

4. CVD процес за 3C-SiC дебели филми

Предпочитаният метод за отлагане на дебели 3C-SiC филми за фокусиращи пръстени е CVD, като се използват следните параметри:

Избор на прекурсор:Обикновено се използва метилтрихлорсилан (MTS), който предлага моларно съотношение 1:1 Si/C за стехиометрично отлагане. Въпреки това, някои производители оптимизират съотношението Si:C (1:1,1 до 1:1,4), за да подобрят плазмената устойчивост, което потенциално влияе върху разпределението на размера на зърната и предпочитаната ориентация.

Носещ газ:Водородът (H2) реагира с хлорсъдържащи видове, докато аргонът (Ar) действа като газ-носител за MTS и разрежда газовата смес, за да контролира скоростта на отлагане.

5. CVD система за приложения с фокусен пръстен

Представено е схематично представяне на типична CVD система за отлагане на 3C-SiC за фокусиращи пръстени. Въпреки това, подробните производствени системи често са проектирани по поръчка и са собствени.

6. Заключение

Производството на дебели SiC слоеве с висока чистота чрез CVD е сложен процес, изискващ прецизен контрол върху множество параметри. Тъй като търсенето на тези високопроизводителни материали продължава да расте, текущите усилия за изследване и развитие се фокусират върху оптимизирането на CVD техниките, за да отговорят на строгите изисквания за производство на полупроводници от следващо поколение и други взискателни приложения.**