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

1. KonventionelCVD SiCDeponeringsproces

Standard CVD-processen til afsætning af SiC-belægninger involverer en række nøje kontrollerede trin:

Opvarmning:CVD-ovnen opvarmes til en temperatur mellem 100-160°C.

Indlæsning af underlag:Et grafitsubstrat (dorn) anbringes på en roterende platform i aflejringskammeret.

Vakuum og udrensning:Kammeret evakueres og renses med argon (Ar) gas i flere cyklusser.

Opvarmning og trykkontrol:Kammeret opvarmes til aflejringstemperaturen under kontinuerligt vakuum. Efter opnåelse af den ønskede temperatur opretholdes en holdetid før indføring af Ar-gas for at opnå et tryk på 40-60 kPa. Kammeret evakueres derefter igen.

Precursor Gas Introduktion:En blanding af hydrogen (H2), argon (Ar) og en kulbrintegas (alkan) indføres i et forvarmningskammer sammen med en chlorsilan-precursor (typisk siliciumtetrachlorid, SiCl4). Den resulterende gasblanding føres derefter ind i reaktionskammeret.

Deponering og afkøling:Efter afslutningen af ​​deponeringen stoppes H2-, chlorsilan- og alkanstrømmen. Argonstrømmen opretholdes for at rense kammeret under afkøling. Til sidst bringes kammeret til atmosfærisk tryk, åbnes, og det SiC-belagte grafitsubstrat fjernes.

2. Anvendelser af tykCVD SiCLag

SiC-lag med høj densitet, der overstiger 1 mm tykkelse, finder kritiske anvendelser i:

Fremstilling af halvledere:Som fokusringe (FR) i tørætsningssystemer til fremstilling af integrerede kredsløb.

Optik og rumfart:Højgennemsigtige SiC-lag bruges i optiske spejle og rumfartøjsvinduer.

Disse applikationer kræver højtydende materialer, hvilket gør tyk SiC til et højværdiprodukt med betydeligt økonomisk potentiale.

3. Målegenskaber for halvlederkvalitetCVD SiC

CVD SiCtil halvlederapplikationer, især til fokusringe, kræver det strenge materialeegenskaber:

Høj renhed:Polykrystallinsk SiC med et renhedsniveau på 99,9999% (6N).

Høj densitet:En tæt, porefri mikrostruktur er afgørende.

Høj termisk ledningsevne:Teoretiske værdier nærmer sig 490 W/m·K, med praktiske værdier fra 200-400 W/m·K.

Styret elektrisk modstand:Værdier mellem 0,01-500 Ω.cm er ønskelige.

Plasmaresistens og kemisk inerthed:Kritisk til at modstå aggressive ætsningsmiljøer.

Høj hårdhed:SiCs iboende hårdhed (~3000 kg/mm2) nødvendiggør specialiserede bearbejdningsteknikker.

Kubisk polykrystallinsk struktur:Fortrinsvis orienteret 3C-SiC (β-SiC) med en dominerende (111) krystallografisk orientering ønskes.

4. CVD-proces for 3C-SiC tykfilm

Den foretrukne metode til afsætning af tykke 3C-SiC-film til fokusringe er CVD, ved at bruge følgende parametre:

Valg af forløber:Methyltrichlorsilan (MTS) er almindeligt anvendt og tilbyder et 1:1 Si/C molforhold til støkiometrisk aflejring. Nogle producenter optimerer imidlertid Si:C-forholdet (1:1,1 til 1:1,4) for at øge plasmaresistensen, hvilket potentielt påvirker kornstørrelsesfordelingen og den foretrukne orientering.

Transportørgas:Hydrogen (H2) reagerer med klorholdige stoffer, mens argon (Ar) fungerer som en bæregas for MTS og fortynder gasblandingen for at kontrollere aflejringshastigheden.

5. CVD-system til Focus Ring-applikationer

En skematisk repræsentation af et typisk CVD-system til deponering af 3C-SiC til fokusringe er præsenteret. Imidlertid er detaljerede produktionssystemer ofte specialdesignede og proprietære.

6. Konklusion

Fremstillingen af ​​tykke SiC-lag med høj renhed via CVD er en kompleks proces, der kræver præcis kontrol over adskillige parametre. Efterhånden som efterspørgslen efter disse højtydende materialer fortsætter med at stige, fokuserer den igangværende forsknings- og udviklingsindsats på at optimere CVD-teknikker for at opfylde de strenge krav til næste generations halvlederfremstilling og andre krævende applikationer.**