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

1. KonventionellCVD SiCDeponeringsprocess

Standard-CVD-processen för avsättning av SiC-beläggningar innefattar en serie noggrant kontrollerade steg:

Uppvärmning:CVD-ugnen värms till en temperatur mellan 100-160°C.

Substratladdning:Ett grafitsubstrat (dorn) placeras på en roterande plattform i avsättningskammaren.

Vakuum och spolning:Kammaren evakueras och renas med argon (Ar) gas i flera cykler.

Värme och tryckkontroll:Kammaren värms till avsättningstemperaturen under kontinuerligt vakuum. Efter att den önskade temperaturen uppnåtts upprätthålls en hålltid innan Ar-gas införs för att uppnå ett tryck på 40-60 kPa. Kammaren evakueras sedan igen.

Prekursorgasintroduktion:En blandning av väte (H2), argon (Ar) och en kolvätegas (alkan) införs i en förvärmningskammare, tillsammans med en klorsilanprekursor (typiskt kiseltetraklorid, SiCl4). Den resulterande gasblandningen matas sedan in i reaktionskammaren.

Deponering och kylning:Efter avslutad avsättning stoppas H2-, klorsilan- och alkanflödet. Argonflöde upprätthålls för att rensa kammaren under kylning. Slutligen bringas kammaren till atmosfärstryck, öppnas och det SiC-belagda grafitsubstratet avlägsnas.

2. Applikationer av ThickCVD SiCLager

SiC-skikt med hög densitet som överstiger 1 mm tjocklek finner kritiska tillämpningar i:

Halvledartillverkning:Som fokusringar (FR) i torretsningssystem för tillverkning av integrerade kretsar.

Optik och flyg:Högtransparens SiC-skikt används i optiska speglar och rymdskeppsfönster.

Dessa applikationer kräver högpresterande material, vilket gör tjock SiC till en högvärdig produkt med betydande ekonomisk potential.

3. Målegenskaper för halvledarkvalitetCVD SiC

CVD SiCför halvledarapplikationer, särskilt för fokusringar, kräver strikta materialegenskaper:

Hög renhet:Polykristallin SiC med en renhetsnivå på 99,9999 % (6N).

Hög densitet:En tät, porfri mikrostruktur är väsentlig.

Hög värmeledningsförmåga:Teoretiska värden närmar sig 490 W/m·K, med praktiska värden från 200-400 W/m·K.

Kontrollerad elektrisk resistivitet:Värden mellan 0,01-500 Ω.cm är önskvärda.

Plasmaresistens och kemisk tröghet:Kritisk för att tåla aggressiva etsningsmiljöer.

Hög hårdhet:SiC:s inneboende hårdhet (~3000 kg/mm2) kräver specialiserade bearbetningstekniker.

Kubisk polykristallin struktur:Företrädesvis orienterad 3C-SiC (p-SiC) med en dominant (111) kristallografisk orientering önskas.

4. CVD-process för 3C-SiC tjocka filmer

Den föredragna metoden för att deponera tjocka 3C-SiC-filmer för fokusringar är CVD, med hjälp av följande parametrar:

Prekursorval:Metyltriklorsilan (MTS) används ofta och erbjuder ett 1:1 Si/C molförhållande för stökiometrisk avsättning. Vissa tillverkare optimerar dock Si:C-förhållandet (1:1,1 till 1:1,4) för att förbättra plasmaresistensen, vilket potentiellt påverkar kornstorleksfördelningen och föredragen orientering.

Transportgas:Väte (H2) reagerar med klorhaltiga ämnen, medan argon (Ar) fungerar som bärgas för MTS och späder ut gasblandningen för att kontrollera avsättningshastigheten.

5. CVD-system för Focus Ring-applikationer

En schematisk representation av ett typiskt CVD-system för avsättning av 3C-SiC för fokusringar presenteras. Men detaljerade produktionssystem är ofta specialdesignade och egenutvecklade.

6. Slutsats

Produktionen av tjocka SiC-skikt med hög renhet via CVD är en komplex process som kräver exakt kontroll över många parametrar. När efterfrågan på dessa högpresterande material fortsätter att öka, fokuserar pågående forsknings- och utvecklingsinsatser på att optimera CVD-tekniker för att möta de stränga kraven för nästa generations halvledartillverkning och andra krävande tillämpningar.**