SiC แบบหนา CVD ที่มีความบริสุทธิ์สูง: ข้อมูลเชิงลึกด้านกระบวนการสำหรับการเติบโตของวัสดุ

1. แบบธรรมดาซีวีดี SiCกระบวนการสะสม

กระบวนการ CVD มาตรฐานสำหรับการฝากการเคลือบ SiC เกี่ยวข้องกับชุดขั้นตอนที่ได้รับการควบคุมอย่างระมัดระวัง:

เครื่องทำความร้อน:เตา CVD ถูกให้ความร้อนที่อุณหภูมิระหว่าง 100-160°C

กำลังโหลดพื้นผิว:สารตั้งต้นกราไฟท์ (แมนเดรล) ถูกวางบนแท่นหมุนภายในห้องสะสม

ดูดฝุ่นและล้าง:ห้องเพาะเลี้ยงจะถูกอพยพและไล่อากาศด้วยก๊าซอาร์กอน (Ar) ในหลายรอบ

การควบคุมความร้อนและความดัน:ห้องนี้จะถูกให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิการสะสมภายใต้สุญญากาศต่อเนื่อง หลังจากได้อุณหภูมิที่ต้องการแล้ว ให้คงระยะเวลาในการจับไว้ก่อนที่จะนำก๊าซ Ar ให้ได้แรงดัน 40-60 kPa จากนั้นจึงอพยพออกจากห้องอีกครั้ง

บทนำของสารตั้งต้นแก๊ส:ส่วนผสมของไฮโดรเจน (H2) อาร์กอน (Ar) และก๊าซไฮโดรคาร์บอน (อัลเคน) ถูกนำเข้าไปในห้องอุ่นเครื่อง พร้อมด้วยสารตั้งต้นของคลอโรไซเลน (โดยทั่วไปคือซิลิคอนเตตระคลอไรด์ SiCl4) จากนั้นส่วนผสมของก๊าซที่ได้จะถูกป้อนเข้าไปในห้องปฏิกิริยา

การสะสมและการระบายความร้อน:เมื่อการทับถมเสร็จสิ้น การไหลของ H2, คลอโรไซเลน และอัลเคนจะหยุดลง การไหลของอาร์กอนจะถูกคงไว้เพื่อไล่อากาศออกจากห้องขณะทำความเย็น ในที่สุด ห้องจะถูกส่งไปยังความดันบรรยากาศ เปิดออก และเอาซับสเตรตกราไฟท์ที่เคลือบด้วย SiC ออก

2. การใช้งานแบบหนาซีวีดี SiCเลเยอร์

ชั้น SiC ความหนาแน่นสูงที่มีความหนาเกิน 1 มม. พบการใช้งานที่สำคัญใน:

การผลิตเซมิคอนดักเตอร์:เป็นวงแหวนโฟกัส (FR) ในระบบกัดแห้งสำหรับการผลิตวงจรรวม

เลนส์และการบินและอวกาศ:เลเยอร์ SiC ที่มีความโปร่งใสสูงถูกนำมาใช้ในกระจกสะท้อนแสงและหน้าต่างยานอวกาศ

การใช้งานเหล่านี้ต้องการวัสดุประสิทธิภาพสูง ส่งผลให้ SiC แบบหนาเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีมูลค่าสูงและมีศักยภาพทางเศรษฐกิจสูง

3. ลักษณะเป้าหมายสำหรับเกรดเซมิคอนดักเตอร์ซีวีดี SiC

ซีวีดี SiCสำหรับการใช้งานเซมิคอนดักเตอร์ โดยเฉพาะวงแหวนโฟกัส ต้องใช้คุณสมบัติของวัสดุที่เข้มงวด:

ความบริสุทธิ์สูง:Polycrystalline SiC ที่มีระดับความบริสุทธิ์ 99.9999% (6N)

ความหนาแน่นสูง:โครงสร้างจุลภาคที่หนาแน่นและไม่มีรูพรุนถือเป็นสิ่งสำคัญ

การนำความร้อนสูง:ค่าทางทฤษฎีเข้าใกล้ 490 W/m·K โดยมีค่าใช้งานจริงอยู่ระหว่าง 200-400 W/m·K

ควบคุมความต้านทานไฟฟ้า:ค่าระหว่าง 0.01-500 Ω.cm เป็นที่ต้องการ

ความต้านทานของพลาสมาและความเฉื่อยของสารเคมี:มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการทนทานต่อสภาพแวดล้อมการแกะสลักที่รุนแรง

ความแข็งสูง:ความแข็งโดยธรรมชาติของ SiC (~3000 กก./มม.2) จำเป็นต้องใช้เทคนิคการตัดเฉือนเฉพาะทาง

โครงสร้างโพลีคริสตัลไลน์แบบลูกบาศก์:ต้องการ 3C-SiC (β-SiC) ที่เน้นเป็นพิเศษซึ่งมีการวางแนวผลึกศาสตร์ที่โดดเด่น (111)

4. กระบวนการ CVD สำหรับฟิล์มหนา 3C-SiC

วิธีที่แนะนำในการติดฟิล์ม 3C-SiC ที่มีความหนาสำหรับวงแหวนโฟกัสคือ CVD โดยใช้พารามิเตอร์ต่อไปนี้:

การเลือกสารตั้งต้น:โดยทั่วไปจะใช้เมทิลไตรคลอโรซิเลน (MTS) โดยมีอัตราส่วนโมลาร์ Si/C 1:1 สำหรับการสะสมปริมาณสารสัมพันธ์ อย่างไรก็ตาม ผู้ผลิตบางรายปรับอัตราส่วน Si:C (1:1.1 ถึง 1:1.4) ให้เหมาะสมเพื่อเพิ่มความต้านทานพลาสมา ซึ่งอาจส่งผลต่อการกระจายขนาดเกรนและการวางแนวที่ต้องการ

ผู้ให้บริการก๊าซ:ไฮโดรเจน (H2) ทำปฏิกิริยากับสายพันธุ์ที่มีคลอรีน ในขณะที่อาร์กอน (Ar) ทำหน้าที่เป็นก๊าซพาหะสำหรับ MTS และเจือจางส่วนผสมของก๊าซเพื่อควบคุมอัตราการสะสม

5. ระบบ CVD สำหรับการใช้งานวงแหวนโฟกัส

การนำเสนอแผนผังของระบบ CVD ทั่วไปสำหรับการสะสม 3C-SiC สำหรับวงแหวนโฟกัส อย่างไรก็ตาม ระบบการผลิตที่มีรายละเอียดมักได้รับการออกแบบตามความต้องการและเป็นกรรมสิทธิ์

6. บทสรุป

การผลิตชั้น SiC ที่หนาและมีความบริสุทธิ์สูงผ่าน CVD เป็นกระบวนการที่ซับซ้อนซึ่งต้องมีการควบคุมพารามิเตอร์จำนวนมากอย่างแม่นยำ เนื่องจากความต้องการวัสดุประสิทธิภาพสูงเหล่านี้ยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ความพยายามในการวิจัยและพัฒนาอย่างต่อเนื่องจึงมุ่งเน้นไปที่การเพิ่มประสิทธิภาพเทคนิค CVD เพื่อตอบสนองข้อกำหนดที่เข้มงวดของการผลิตเซมิคอนดักเตอร์รุ่นต่อไปและการใช้งานที่มีความต้องการอื่น ๆ-