Силициев карбид (SiC)материалът има предимствата на широка забранена лента, висока топлопроводимост, висока критична сила на полето на пробив и висока скорост на дрейф на наситени електрони, което го прави многообещаващ в областта на производството на полупроводници. Монокристалите SiC обикновено се произвеждат чрез метода на физическия транспорт на парите (PVT). Специфичните стъпки на този метод включват поставяне на SiC прах на дъното на графитен тигел и поставяне на SiC зародишен кристал в горната част на тигела. Графитъттигелсе нагрява до температурата на сублимация на SiC, което кара SiC праха да се разложи на вещества от парна фаза като Si пара, Si2C и SiC2. Под въздействието на аксиалния температурен градиент, тези изпарени вещества сублимират до горната част на тигела и кондензират върху повърхността на SiC зародишния кристал, кристализирайки в SiC монокристали.
В момента диаметърът на зародишния кристал, използван вSiC монокристален растежтрябва да съответства на целевия диаметър на кристала. По време на растежа зародишният кристал се фиксира върху държача за зародиш в горната част на тигела с помощта на лепило. Въпреки това, този метод за фиксиране на зародишния кристал може да доведе до проблеми като кухини в адхезивния слой поради фактори като прецизността на повърхността на държача на зародиша и еднородността на адхезивното покритие, което може да доведе до дефекти с шестоъгълни кухини. Те включват подобряване на плоскостта на графитната плоча, увеличаване на равномерността на дебелината на адхезивния слой и добавяне на гъвкав буферен слой. Въпреки тези усилия все още има проблеми с плътността на адхезивния слой и съществува риск от отделяне на зародишни кристали. Чрез възприемане на метода на залепване навафлакъм графитна хартия и припокриването й в горната част на тигела, плътността на адхезивния слой може да се подобри и може да се предотврати отделянето на пластината.
1. Експериментална схема:
Вафлите, използвани в експеримента, са налични в търговската мрежа6-инчови N-тип SiC пластини. Фоторезистът се нанася с помощта на машина за центрофугиране. Адхезията се постига с помощта на собствено разработена пещ за горещо пресоване на семена.
1.1 Схема за фиксиране на зародишни кристали:
Понастоящем схемите за адхезия на зародишни кристали SiC могат да бъдат разделени на две категории: адхезивен тип и тип суспензия.
Схема на типа лепило (Фигура 1): Това включва залепване наSiC пластинакъм графитната плоча със слой от графитна хартия като буферен слой за премахване на празнините междуSiC пластинаи графитната плоча. При действителното производство силата на свързване между графитната хартия и графитната плоча е слаба, което води до често отделяне на кристални зародиши по време на процеса на растеж при висока температура, което води до неуспешен растеж.
Схема на типа суспензия (Фигура 2): Обикновено се създава плътен въглероден филм върху свързващата повърхност на SiC пластината, като се използват карбонизация с лепило или методи на покритие. TheSiC пластинаслед това се захваща между две графитни плочи и се поставя в горната част на графитния тигел, осигурявайки стабилност, докато въглеродният филм предпазва пластината. Въпреки това, създаването на въглероден филм чрез покритие е скъпо и не е подходящо за промишлено производство. Методът на карбонизация с лепило води до непостоянно качество на въглеродния филм, което затруднява получаването на идеално плътен въглероден филм със силна адхезия. Освен това, затягането на графитните плочи намалява ефективната площ на растеж на пластината, като блокира част от нейната повърхност.
Въз основа на горните две схеми се предлага нова схема за залепване и припокриване (Фигура 3):
Сравнително плътен въглероден филм се създава върху свързващата повърхност на SiC пластината, като се използва методът на карбонизация с лепило, като се гарантира, че няма голямо изтичане на светлина при осветяване.
SiC пластината, покрита с въглероден филм, е залепена към графитна хартия, като свързващата повърхност е страната на въглеродния филм. Адхезивният слой трябва да изглежда равномерно черен на светлина.
Графитната хартия се захваща от графитни плочи и се окачва над графитния тигел за растеж на кристали.
1.2 Лепило:
Вискозитетът на фоторезиста значително влияе върху равномерността на дебелината на филма. При една и съща скорост на въртене по-ниският вискозитет води до по-тънки и по-равномерни лепилни филми. Поради това се избира фоторезист с нисък вискозитет в рамките на изискванията за приложение.
По време на експеримента беше установено, че вискозитетът на карбонизиращото лепило влияе върху силата на свързване между въглеродния филм и пластината. Високият вискозитет затруднява равномерното нанасяне с помощта на машина за центрофугиране, докато ниският вискозитет води до слаба якост на свързване, което води до напукване на въглеродния филм по време на последващите процеси на свързване поради потока на лепилото и външното налягане. Чрез експериментални изследвания вискозитетът на карбонизиращото лепило беше определен на 100 mPa·s, а вискозитетът на свързващото лепило беше настроен на 25 mPa·s.
1.3 Работен вакуум:
Процесът на създаване на въглероден филм върху SiC пластината включва карбонизиране на адхезивния слой върху повърхността на SiC пластината, което трябва да се извърши във вакуум или среда, защитена от аргон. Експерименталните резултати показват, че среда, защитена от аргон, е по-благоприятна за създаване на въглероден филм, отколкото среда с висок вакуум. Ако се използва вакуумна среда, нивото на вакуум трябва да бъде ≤1 Pa.
Процесът на свързване на зародишния кристал SiC включва свързване на пластината SiC към графитната плоча/графитната хартия. Като се има предвид ерозионният ефект на кислорода върху графитните материали при високи температури, този процес трябва да се проведе при условия на вакуум. Изследвано е въздействието на различни нива на вакуум върху адхезивния слой. Експерименталните резултати са показани в таблица 1. Може да се види, че при условия на нисък вакуум, кислородните молекули във въздуха не се отстраняват напълно, което води до непълни адхезивни слоеве. Когато нивото на вакуума е под 10 Pa, ерозионният ефект на кислородните молекули върху адхезивния слой е значително намален. Когато нивото на вакуума е под 1 Pa, ерозионният ефект е напълно елиминиран.
Време на публикуване: 11 юни 2024 г