Карбид кремния (SiC)Материал обладает такими преимуществами, как широкая запрещенная зона, высокая теплопроводность, высокая критическая напряженность поля пробоя и высокая скорость дрейфа насыщенных электронов, что делает его весьма перспективным в области производства полупроводников. Монокристаллы SiC обычно производятся методом физического переноса пара (PVT). Конкретные этапы этого метода включают размещение порошка SiC на дне графитового тигля и размещение затравочного кристалла SiC наверху тигля. Графиттигельнагревается до температуры сублимации SiC, в результате чего порошок SiC разлагается на вещества паровой фазы, такие как пары Si, Si2C и SiC2. Под действием осевого градиента температуры эти испаренные вещества сублимируются к верху тигля и конденсируются на поверхности затравочного кристалла SiC, кристаллизуясь в монокристаллы SiC.
В настоящее время диаметр затравочного кристалла, используемого вРост монокристаллов SiCдолжен соответствовать целевому диаметру кристалла. Во время роста затравочный кристалл фиксируется на держателе затравки в верхней части тигля с помощью клея. Однако этот метод фиксации затравочного кристалла может привести к таким проблемам, как пустоты в клеевом слое из-за таких факторов, как точность поверхности держателя затравки и однородность клеевого покрытия, что может привести к образованию гексагональных дефектов пустот. К ним относятся улучшение плоскостности графитовой пластины, увеличение однородности толщины клеевого слоя и добавление гибкого буферного слоя. Несмотря на эти усилия, по-прежнему остаются проблемы с плотностью клеевого слоя и существует риск отслоения затравочных кристаллов. Приняв метод склеиваниявафляна графитовую бумагу и перекрытие ее в верхней части тигля можно улучшить плотность клеевого слоя и предотвратить отслоение пластины.
1. Схема эксперимента:
Пластины, использованные в эксперименте, имеются в продаже.6-дюймовые пластины SiC N-типа. Фоторезист наносится с помощью центрифугальной машины. Адгезия достигается с помощью печи горячего прессования семян собственной разработки.
1.1 Схема фиксации затравочных кристаллов:
В настоящее время схемы адгезии затравочных кристаллов SiC можно разделить на две категории: клеевой тип и суспензионный тип.
Схема клеевого типа (рис. 1): включает в себя приклеиваниеSiC пластинак графитовой пластине со слоем графитовой бумаги в качестве буферного слоя для устранения зазоров междуSiC пластинаи графитовая пластина. В реальном производстве прочность связи между графитовой бумагой и графитовой пластиной слабая, что приводит к частому отслоению затравочных кристаллов во время высокотемпературного процесса роста, что приводит к сбою роста.
Схема типа суспензии (рис. 2): Обычно плотная углеродная пленка создается на поверхности соединения пластины SiC с использованием методов клеевой карбонизации или нанесения покрытия.SiC пластиназатем зажимается между двумя графитовыми пластинами и помещается в верхнюю часть графитового тигля, обеспечивая стабильность, в то время как углеродная пленка защищает пластину. Однако создание углеродной пленки путем нанесения покрытия является дорогостоящим и непригодным для промышленного производства. Метод клеевой карбонизации дает нестабильное качество углеродной пленки, что затрудняет получение идеально плотной углеродной пленки с сильной адгезией. Кроме того, зажатие графитовых пластин уменьшает эффективную площадь роста пластины, блокируя часть ее поверхности.
На основе двух приведенных схем предлагается новая схема склеивания и перекрытия (рисунок 3):
На поверхности соединения пластины SiC методом клеевой карбонизации создается относительно плотная углеродная пленка, обеспечивающая отсутствие большой утечки света при освещении.
Пластина SiC, покрытая углеродной пленкой, приклеена к графитовой бумаге, при этом поверхность склеивания является стороной углеродной пленки. Клеевой слой должен выглядеть равномерно черным под светом.
Графитовая бумага зажимается графитовыми пластинами и подвешивается над графитовым тиглем для выращивания кристаллов.
1.2 Клей:
Вязкость фоторезиста существенно влияет на однородность толщины пленки. При той же скорости вращения более низкая вязкость приводит к образованию более тонких и однородных клеевых пленок. Поэтому с учетом требований применения выбирается фоторезист низкой вязкости.
В ходе эксперимента было установлено, что вязкость карбонизующего клея влияет на прочность соединения углеродной пленки с пластиной. Высокая вязкость затрудняет равномерное нанесение с помощью центрифугирующего устройства, а низкая вязкость приводит к слабой прочности склеивания, что приводит к растрескиванию углеродной пленки во время последующих процессов склеивания из-за растекания клея и внешнего давления. В результате экспериментальных исследований вязкость карбонизирующего клея была определена равной 100 мПа·с, а вязкость связующего клея была установлена на уровне 25 мПа·с.
1.3 Рабочий вакуум:
Процесс создания углеродной пленки на пластине SiC включает карбонизацию клеевого слоя на поверхности пластины SiC, которую необходимо проводить в вакууме или среде, защищенной аргоном. Результаты экспериментов показывают, что среда, защищенная аргоном, более способствует созданию углеродной пленки, чем среда высокого вакуума. Если используется вакуумная среда, уровень вакуума должен составлять ≤1 Па.
Процесс соединения затравочного кристалла SiC включает в себя соединение пластины SiC с графитовой пластиной/графитовой бумагой. Учитывая эрозионное воздействие кислорода на графитовые материалы при высоких температурах, этот процесс необходимо проводить в условиях вакуума. Изучено влияние различных уровней вакуума на клеевой слой. Результаты эксперимента представлены в таблице 1. Видно, что в условиях низкого вакуума молекулы кислорода в воздухе не полностью удаляются, что приводит к образованию неполных клеевых слоев. При уровне вакуума ниже 10 Па эрозионное воздействие молекул кислорода на клеевой слой существенно снижается. При уровне вакуума ниже 1 Па эрозионный эффект полностью устраняется.
Время публикации: 11 июня 2024 г.