Kõrge puhtusastmega CVD paksus ränikarbiidis: materjali kasvu protsessi ülevaade

1. TavapäraneCVD SiCSadestamise protsess

Standardne CVD-protsess SiC-katete katmiseks hõlmab mitmeid hoolikalt kontrollitud samme:

Küte:CVD-ahi kuumutatakse temperatuurini 100-160°C.

Substraadi laadimine:Grafiidist substraat (südamik) asetatakse sadestuskambris olevale pöörlevale platvormile.

Vaakum ja puhastamine:Kamber evakueeritakse ja puhastatakse argooni (Ar) gaasiga mitme tsükli jooksul.

Kütte ja rõhu reguleerimine:Kambrit kuumutatakse pidevas vaakumis sadestamistemperatuurini. Pärast soovitud temperatuuri saavutamist hoitakse enne Ar-gaasi sisestamist ooteaega, et saavutada rõhk 40-60 kPa. Seejärel evakueeritakse kamber uuesti.

Lähteainegaasi tutvustus:Vesiniku (H2), argooni (Ar) ja gaasilise süsivesiniku (alkaan) segu juhitakse eelkuumutuskambrisse koos klorosilaani eelkäijaga (tavaliselt ränitetrakloriid, SiCl4). Saadud gaasisegu juhitakse seejärel reaktsioonikambrisse.

Sadestamine ja jahutamine:Pärast sadestamise lõppemist H2, klorosilaani ja alkaani vool peatatakse. Kambri puhastamiseks jahutamise ajal hoitakse argooni voolu. Lõpuks viiakse kamber atmosfäärirõhuni, avatakse ja SiC-ga kaetud grafiidisubstraat eemaldatakse.

2. Paksu rakendusedCVD SiCKihid

Suure tihedusega SiC kihid, mille paksus on üle 1 mm, leiavad kriitilisi rakendusi:

Pooljuhtide tootmine:Fookusrõngastena (FR) kuivsöövitussüsteemides integraallülituste valmistamiseks.

Optika ja lennundus:Suure läbipaistvusega SiC kihte kasutatakse optilistes peeglites ja kosmoselaevade akendes.

Need rakendused nõuavad suure jõudlusega materjale, muutes paksu ränikarbiidi väärtuslikuks tooteks, millel on märkimisväärne majanduslik potentsiaal.

3. Semiconductor-klassi sihtomadusedCVD SiC

CVD SiCpooljuhtrakenduste, eriti fookusrõngaste puhul, nõuab rangeid materjaliomadusi:

Kõrge puhtusastmega:Polükristalliline SiC puhtusastmega 99,9999% (6N).

Kõrge tihedus:Tihe, poorideta mikrostruktuur on hädavajalik.

Kõrge soojusjuhtivus:Teoreetilised väärtused lähenevad 490 W/m·K, praktilised väärtused jäävad vahemikku 200–400 W/m·K.

Kontrollitav elektritakistus:Soovitavad on väärtused vahemikus 0,01-500 Ω.cm.

Plasmaresistentsus ja keemiline inertsus:Kriitiline agressiivse söövituskeskkonna vastupidamiseks.

Kõrge kõvadus:SiC omane kõvadus (~3000 kg/mm2) nõuab spetsiaalseid töötlemistehnikaid.

Kuubikujuline polükristalliline struktuur:Soovitav on eelistatavalt orienteeritud 3C-SiC (β-SiC) domineeriva (111) kristallograafilise orientatsiooniga.

4. CVD-protsess 3C-SiC paksuste kilede jaoks

Fookusrõngaste paksude 3C-SiC kilede sadestamiseks eelistatud meetod on CVD, kasutades järgmisi parameetreid:

Eelkäija valik:Tavaliselt kasutatakse metüültriklorosilaani (MTS), mis pakub stöhhiomeetriliseks sadestamiseks Si/C molaarsuhet 1:1. Kuid mõned tootjad optimeerivad Si:C suhet (1:1,1 kuni 1:1,4), et suurendada plasma vastupidavust, mis võib mõjutada tera suuruse jaotust ja eelistatud orientatsiooni.

Veogaas:Vesinik (H2) reageerib kloori sisaldavate ainetega, samas kui argoon (Ar) toimib MTS-i kandegaasina ja lahjendab gaasisegu, et kontrollida sadestumise kiirust.

5. CVD-süsteem teravustamisrõnga rakenduste jaoks

Esitatakse tüüpilise CVD-süsteemi skemaatiline kujutis fookusrõngaste 3C-SiC sadestamiseks. Kuid üksikasjalikud tootmissüsteemid on sageli eritellimusel välja töötatud ja patenteeritud.

6. Järeldus

Kõrge puhtusastmega paksude SiC kihtide tootmine CVD abil on keeruline protsess, mis nõuab paljude parameetrite täpset kontrolli. Kuna nõudlus nende suure jõudlusega materjalide järele kasvab jätkuvalt, keskenduvad käimasolevad uurimis- ja arendustegevused CVD-tehnikate optimeerimisele, et vastata järgmise põlvkonna pooljuhtide valmistamise ja muude nõudlike rakenduste rangetele nõuetele.**