Толстый карбид кремния высокой чистоты, полученный методом CVD: анализ процесса выращивания материалов

1. ОбычныйCVD-карбид кремнияПроцесс осаждения

Стандартный процесс CVD нанесения покрытий SiC включает в себя ряд тщательно контролируемых этапов:

Обогрев:Печь CVD нагревается до температуры 100-160°C.

Загрузка субстрата:Графитовая подложка (оправка) помещается на вращающуюся платформу внутри камеры осаждения.

Вакуум и продувка:Камера вакуумируется и продувается аргоном (Ar) в несколько циклов.

Контроль нагрева и давления:Камера нагревается до температуры осаждения в условиях постоянного вакуума. После достижения желаемой температуры выдерживают время выдержки перед введением газообразного аргона до достижения давления 40-60 кПа. Затем камеру снова вакуумируют.

Введение газа-прекурсора:Смесь водорода (H2), аргона (Ar) и углеводородного газа (алкана) вводится в камеру предварительного нагрева вместе с предшественником хлорсилана (обычно тетрахлоридом кремния, SiCl4). Полученную газовую смесь затем подают в реакционную камеру.

Осаждение и охлаждение:По завершении осаждения поток H2, хлорсилана и алкана прекращают. Поток аргона поддерживается для продувки камеры во время охлаждения. Наконец, камеру доводят до атмосферного давления, открывают и удаляют графитовую подложку с покрытием SiC.

2. Применение густогоCVD-карбид кремнияСлои

Слои SiC высокой плотности толщиной более 1 мм находят критически важное применение в:

Производство полупроводников:В качестве фокусирующих колец (FR) в системах сухого травления при производстве интегральных схем.

Оптика и аэрокосмическая промышленность:Слои SiC высокой прозрачности используются в оптических зеркалах и окнах космических кораблей.

Для этих применений требуются высокопроизводительные материалы, что делает толстый карбид кремния ценным продуктом со значительным экономическим потенциалом.

3. Целевые характеристики полупроводникового классаCVD-карбид кремния

CVD-карбид кремниядля полупроводниковых применений, особенно для колец фокусировки, требуются строгие свойства материала:

Высокая чистота:Поликристаллический SiC степенью чистоты 99,9999% (6N).

Высокая плотность:Необходима плотная микроструктура без пор.

Высокая теплопроводность:Теоретические значения приближаются к 490 Вт/м·К, а практические значения находятся в диапазоне 200–400 Вт/м·К.

Контролируемое электрическое сопротивление:Желательны значения от 0,01 до 500 Ом·см.

Плазмостойкость и химическая инертность:Критически важен для устойчивости к агрессивным средам травления.

Высокая твердость:Присущая карбиду кремния твердость (~3000 кг/мм2) требует специальных методов обработки.

Кубическая поликристаллическая структура:Желателен преимущественно ориентированный 3C-SiC (β-SiC) с доминирующей кристаллографической ориентацией (111).

4. Процесс CVD для толстых пленок 3C-SiC.

Предпочтительным методом нанесения толстых пленок 3C-SiC для колец фокусировки является CVD с использованием следующих параметров:

Выбор предшественника:Обычно используется метилтрихлорсилан (МТС), обеспечивающий мольное соотношение Si/C 1:1 для стехиометрического осаждения. Однако некоторые производители оптимизируют соотношение Si:C (от 1:1,1 до 1:1,4) для повышения стойкости к плазме, что потенциально влияет на распределение зерен по размерам и предпочтительную ориентацию.

Газ-носитель:Водород (H2) реагирует с хлорсодержащими соединениями, а аргон (Ar) действует как газ-носитель для МТС и разбавляет газовую смесь для контроля скорости осаждения.

5. Система CVD для фокусировочных колец.

Представлено схематическое изображение типичной CVD-системы для нанесения 3C-SiC на фокусировочные кольца. Однако подробные производственные системы часто разрабатываются по индивидуальному заказу и являются запатентованными.

6. Заключение

Производство толстых слоев SiC высокой чистоты методом CVD — сложный процесс, требующий точного контроля над многочисленными параметрами. Поскольку спрос на эти высокоэффективные материалы продолжает расти, текущие исследования и разработки сосредоточены на оптимизации методов CVD для удовлетворения строгих требований производства полупроводников следующего поколения и других требовательных приложений.**