High-Purity CVD Thick SiC: Prosessinnsikt for materialvekst

1. KonvensjonellCVD SiCDeponeringsprosess

Standard CVD-prosessen for avsetning av SiC-belegg involverer en rekke nøye kontrollerte trinn:

Oppvarming:CVD-ovnen varmes opp til en temperatur mellom 100-160°C.

Substratlasting:Et grafittsubstrat (dor) er plassert på en roterende plattform i avsetningskammeret.

Vakuum og spyling:Kammeret evakueres og spyles med argon (Ar) gass i flere sykluser.

Oppvarming og trykkkontroll:Kammeret varmes opp til avsetningstemperaturen under kontinuerlig vakuum. Etter å ha nådd ønsket temperatur opprettholdes en holdetid før innføring av Ar-gass for å oppnå et trykk på 40-60 kPa. Kammeret blir deretter evakuert igjen.

Precursor Gas Introduksjon:En blanding av hydrogen (H2), argon (Ar) og en hydrokarbongass (alkan) introduseres i et forvarmingskammer, sammen med en klorsilanforløper (typisk silisiumtetraklorid, SiCl4). Den resulterende gassblandingen mates deretter inn i reaksjonskammeret.

Deponering og kjøling:Når avsetningen er fullført, stoppes H2-, klorsilan- og alkanstrømmen. Argonstrøm opprettholdes for å rense kammeret under avkjøling. Til slutt bringes kammeret til atmosfærisk trykk, åpnes og det SiC-belagte grafittsubstratet fjernes.

2. Applikasjoner av tykkCVD SiCLag

SiC-lag med høy tetthet som overstiger 1 mm tykkelse finner kritiske bruksområder i:

Halvlederproduksjon:Som fokusringer (FR) i tørre etsesystemer for integrert kretsproduksjon.

Optikk og romfart:SiC-lag med høy gjennomsiktighet brukes i optiske speil og romfartøyvinduer.

Disse applikasjonene krever materialer med høy ytelse, noe som gjør tykk SiC til et høyverdig produkt med betydelig økonomisk potensial.

3. Målegenskaper for halvlederkvalitetCVD SiC

CVD SiCfor halvlederapplikasjoner, spesielt for fokusringer, krever strenge materialegenskaper:

Høy renhet:Polykrystallinsk SiC med et renhetsnivå på 99,9999 % (6N).

Høy tetthet:En tett, porefri mikrostruktur er avgjørende.

Høy termisk ledningsevne:Teoretiske verdier nærmer seg 490 W/m·K, med praktiske verdier fra 200-400 W/m·K.

Kontrollert elektrisk resistivitet:Verdier mellom 0,01-500 Ω.cm er ønskelig.

Plasmaresistens og kjemisk treghet:Kritisk for å tåle aggressive etsningsmiljøer.

Høy hardhet:SiCs iboende hardhet (~3000 kg/mm2) nødvendiggjør spesialiserte maskineringsteknikker.

Kubisk polykrystallinsk struktur:Fortrinnsvis orientert 3C-SiC (β-SiC) med en dominerende (111) krystallografisk orientering er ønsket.

4. CVD-prosess for 3C-SiC tykke filmer

Den foretrukne metoden for å avsette tykke 3C-SiC-filmer for fokusringer er CVD, ved å bruke følgende parametere:

Forløpervalg:Metyltriklorsilan (MTS) er ofte brukt, og tilbyr et 1:1 Si/C molforhold for støkiometrisk avsetning. Noen produsenter optimaliserer imidlertid Si:C-forholdet (1:1,1 til 1:1,4) for å øke plasmaresistensen, noe som potensielt påvirker kornstørrelsesfordelingen og foretrukket orientering.

Transportørgass:Hydrogen (H2) reagerer med klorholdige stoffer, mens argon (Ar) fungerer som bæregass for MTS og fortynner gassblandingen for å kontrollere avsetningshastigheten.

5. CVD-system for Focus Ring-applikasjoner

En skjematisk representasjon av et typisk CVD-system for deponering av 3C-SiC for fokusringer er presentert. Imidlertid er detaljerte produksjonssystemer ofte spesialdesignede og proprietære.

6. Konklusjon

Produksjonen av tykke SiC-lag med høy renhet via CVD er en kompleks prosess som krever nøyaktig kontroll over en rekke parametere. Ettersom etterspørselen etter disse høyytelsesmaterialene fortsetter å øke, fokuserer pågående forsknings- og utviklingsinnsats på å optimalisere CVD-teknikker for å møte de strenge kravene til neste generasjons halvlederproduksjon og andre krevende applikasjoner.**