Високочистий CVD товстий SiC: аналіз процесів для вирощування матеріалів

1. ЗвичайнийCVD SiCПроцес осадження

Стандартний процес CVD для нанесення покриттів SiC включає серію ретельно контрольованих етапів:

Опалення:CVD-піч нагрівається до температури 100-160°C.

Завантаження субстрату:Графітова підкладка (дорн) розміщена на обертовій платформі в камері осадження.

Вакуум і очищення:Камеру вакуумують і продувають аргоном (Ar) за кілька циклів.

Контроль нагріву та тиску:Камера нагрівається до температури осадження під безперервним вакуумом. Після досягнення бажаної температури витримується час витримки перед введенням газу Ar для досягнення тиску 40-60 кПа. Потім камеру знову вакуумують.

Введення прекурсорного газу:Суміш водню (H2), аргону (Ar) і вуглеводневого газу (алкану) вводять у камеру попереднього нагріву разом із попередником хлорсилану (зазвичай тетрахлорид кремнію, SiCl4). Отриману газову суміш потім подають у реакційну камеру.

Осадження та охолодження:Після завершення осадження потік Н2, хлорсилану та алкану припиняється. Потік аргону підтримується для очищення камери під час охолодження. Нарешті камеру доводять до атмосферного тиску, відкривають і видаляють графітову підкладку, покриту SiC.

2. Аплікації ТовстихCVD SiCШари

Шари SiC високої щільності товщиною понад 1 мм знаходять критичне застосування в:

Виробництво напівпровідників:Як фокусні кільця (FR) у системах сухого травлення для виготовлення інтегральних схем.

Оптика та космонавтика:Високопрозорі шари SiC використовуються в оптичних дзеркалах і вікнах космічних кораблів.

Для цих застосувань потрібні високоякісні матеріали, що робить товстий SiC високовартісним продуктом із значним економічним потенціалом.

3. Цільові характеристики для класу напівпровідниківCVD SiC

CVD SiCдля напівпровідникових застосувань, зокрема для фокусних кілець, потрібні суворі властивості матеріалу:

Висока чистота:Полікристалічний SiC з рівнем чистоти 99,9999% (6N).

Висока щільність:Важлива щільна мікроструктура без пор.

Висока теплопровідність:Теоретичні значення наближаються до 490 Вт/м·K, з практичними значеннями в діапазоні від 200-400 Вт/м·K.

Контрольований електричний опір:Бажано значення від 0,01 до 500 Ом.см.

Плазмостійкість і хімічна інертність:Важливий для стійкості до агресивних середовищ травлення.

Висока твердість:Власна твердість SiC (~3000 кг/мм2) вимагає спеціальних методів механічної обробки.

Кубічна полікристалічна структура:Бажаний переважно орієнтований 3C-SiC (β-SiC) з домінуючою (111) кристалографічною орієнтацією.

4. Процес CVD для товстих плівок 3C-SiC

Переважним методом осадження товстих плівок 3C-SiC для кілець фокусування є CVD з використанням таких параметрів:

Вибір прекурсора:Зазвичай використовується метилтрихлорсилан (MTS), що забезпечує молярне співвідношення Si/C 1:1 для стехіометричного осадження. Однак деякі виробники оптимізують співвідношення Si:C (від 1:1,1 до 1:1,4), щоб підвищити стійкість до плазми, потенційно впливаючи на розподіл зерна за розміром і бажану орієнтацію.

Газ-носій:Водень (H2) реагує з хлорвмісними речовинами, тоді як аргон (Ar) діє як газ-носій для MTS і розбавляє газову суміш для контролю швидкості осадження.

5. Система CVD для застосування кільця фокусування

Представлено схематичне зображення типової системи CVD для осадження 3C-SiC для кілець фокусування. Однак детальні виробничі системи часто розробляються на замовлення та є власністю.

6. Висновок

Виробництво товстих шарів SiC високої чистоти за допомогою CVD є складним процесом, який вимагає точного контролю над багатьма параметрами. Оскільки попит на ці високоефективні матеріали продовжує зростати, поточні дослідження та розробки зосереджені на оптимізації методів CVD, щоб відповідати суворим вимогам виробництва напівпровідників наступного покоління та інших вимогливих застосувань.**