Սիլիցիումի կարբիդ (SiC)նյութն ունի լայն կապի, բարձր ջերմային հաղորդունակության, բարձր կրիտիկական ճեղքման դաշտի և հագեցած էլեկտրոնների հոսքի արագության առավելությունները, ինչը այն դարձնում է շատ խոստումնալից կիսահաղորդիչների արտադրության ոլորտում: SiC միաբյուրեղները սովորաբար արտադրվում են ֆիզիկական գոլորշիների տեղափոխման (PVT) մեթոդով: Այս մեթոդի հատուկ քայլերը ներառում են SiC փոշի տեղադրումը գրաֆիտային կարասի հատակին և SiC սերմերի բյուրեղի տեղադրումը կարասի վերևում: Գրաֆիտըկարաստաքացվում է մինչև SiC-ի սուբլիմացիայի ջերմաստիճանը, ինչի հետևանքով SiC փոշին քայքայվում է գոլորշի փուլային նյութերի, ինչպիսիք են Si գոլորշին, Si2C և SiC2: Սռնի ջերմաստիճանի գրադիենտի ազդեցության տակ այս գոլորշիացված նյութերը սուբլիմացվում են մինչև կարասի վերին մասը և խտանում SiC սերմերի բյուրեղի մակերեսին՝ բյուրեղանալով SiC միաբյուրեղների:
Ներկայումս օգտագործվում է սերմերի բյուրեղի տրամագիծըSiC միաբյուրեղների աճպետք է համապատասխանի թիրախային բյուրեղյա տրամագծին: Աճման ընթացքում սերմերի բյուրեղը ամրացվում է կարասի վերին մասում գտնվող սերմերի վրա՝ օգտագործելով սոսինձ: Այնուամենայնիվ, սերմերի բյուրեղը ամրացնելու այս մեթոդը կարող է հանգեցնել այնպիսի խնդիրների, ինչպիսիք են կպչուն շերտում դատարկությունները, որոնք պայմանավորված են այնպիսի գործոններով, ինչպիսիք են սերմերի ամրացման մակերեսի ճշգրտությունը և կպչուն ծածկույթի միատեսակությունը, ինչը կարող է հանգեցնել վեցանկյուն դատարկության թերությունների: Դրանք ներառում են գրաֆիտի ափսեի հարթության բարելավումը, սոսինձի շերտի հաստության միատեսակության բարձրացումը և ճկուն բուֆերային շերտի ավելացումը: Չնայած այս ջանքերին, դեռևս կան կպչուն շերտի խտության հետ կապված խնդիրներ, և կա սերմերի բյուրեղների անջատման վտանգ: Ընդունելով միացման մեթոդըվաֆլիգրաֆիտի թղթի վրա և այն համընկնելով խառնարանի վերևում, կպչուն շերտի խտությունը կարող է բարելավվել, և վաֆլի անջատումը կարող է կանխվել:
1. Փորձարարական սխեման:
Փորձի մեջ օգտագործված վաֆլիները կոմերցիոն հասանելի են6 դյույմանոց N տիպի SiC վաֆլիներ. Photoresist կիրառվում է օգտագործելով spin coater. Կպչունությունը ձեռք է բերվում ինքնուրույն մշակված սերմերի տաք սեղմման վառարանի միջոցով:
1.1 Seed Crystal Fixation Scheme:
Ներկայումս SiC սերմերի բյուրեղների կպչման սխեմաները կարելի է բաժանել երկու կատեգորիայի՝ սոսինձի տեսակ և կասեցման տեսակ:
Կպչուն տիպի սխեման (Նկար 1). Սա ներառում է միացումSiC վաֆլիԳրաֆիտի ափսեին գրաֆիտային թղթի շերտով որպես բուֆերային շերտ՝ վերացնելու բացերըSiC վաֆլիև գրաֆիտի թիթեղը: Իրական արտադրության մեջ գրաֆիտի թղթի և գրաֆիտի ափսեի միջև կապի ուժը թույլ է, ինչը հանգեցնում է սերմերի բյուրեղների հաճախակի անջատման բարձր ջերմաստիճանի աճի գործընթացում, ինչը հանգեցնում է աճի ձախողման:
Կախոցի տիպի սխեման (Նկար 2). Սովորաբար, SiC վաֆլի միացնող մակերեսի վրա ստեղծվում է խիտ ածխածնային թաղանթ՝ օգտագործելով սոսինձի կարբոնացման կամ ծածկույթի մեթոդները: ԱյնSiC վաֆլիԱյնուհետև սեղմվում է երկու գրաֆիտային թիթեղների միջև և տեղադրվում գրաֆիտային կարասի վերին մասում՝ ապահովելով կայունություն, մինչդեռ ածխածնային թաղանթը պաշտպանում է վաֆլի: Այնուամենայնիվ, ծածկույթի միջոցով ածխածնային թաղանթ ստեղծելը ծախսատար է և հարմար չէ արդյունաբերական արտադրության համար: Սոսինձի կարբոնացման մեթոդը տալիս է ածխածնային թաղանթի անհամապատասխան որակ, ինչը դժվարացնում է հիանալի կպչունությամբ կատարյալ խիտ ածխածնային թաղանթ ստանալը: Բացի այդ, գրաֆիտի թիթեղները սեղմելը նվազեցնում է վաֆլի արդյունավետ աճի տարածքը՝ արգելափակելով դրա մակերեսի մի մասը:
Ելնելով վերը նշված երկու սխեմաներից՝ առաջարկվում է սոսինձի և համընկնող նոր սխեմա (Նկար 3).
Համեմատաբար խիտ ածխածնային թաղանթ է ստեղծվում SiC վաֆլի միացնող մակերևույթի վրա՝ օգտագործելով սոսինձի կարբոնացման մեթոդը՝ ապահովելով լույսի մեծ արտահոսքի բացակայությունը լուսավորության տակ:
Ածխածնային թաղանթով ծածկված SiC վաֆլը միացված է գրաֆիտային թղթի հետ, իսկ կապող մակերեսը ածխածնային թաղանթի կողմն է: Կպչուն շերտը լույսի ներքո պետք է միատեսակ սև երևա:
Գրաֆիտի թուղթը սեղմվում է գրաֆիտային թիթեղներով և կախված է գրաֆիտային կարասի վերևում՝ բյուրեղների աճի համար:
1.2 Սոսինձ:
Ֆոտոռեզիստի մածուցիկությունը զգալիորեն ազդում է թաղանթի հաստության միատեսակության վրա: Միևնույն պտտման արագությամբ, ցածր մածուցիկությունը հանգեցնում է ավելի բարակ և միատեսակ սոսինձային թաղանթների: Հետևաբար, կիրառման պահանջների շրջանակում ընտրվում է ցածր մածուցիկության ֆոտոռեզիստ:
Փորձի ընթացքում պարզվել է, որ կարբոնացնող սոսինձի մածուցիկությունը ազդում է ածխածնային թաղանթի և վաֆլի միջև կապի ուժի վրա: Բարձր մածուցիկությունը դժվարացնում է միատեսակ կիրառումը պտտվող ծածկույթի միջոցով, մինչդեռ ցածր մածուցիկությունը հանգեցնում է կապի թույլ ամրության, ինչը հանգեցնում է ածխածնի թաղանթի ճեղքմանը հետագա միացման գործընթացների ժամանակ սոսինձի հոսքի և արտաքին ճնշման պատճառով: Փորձարարական հետազոտության միջոցով կարբոնացնող սոսինձի մածուցիկությունը որոշվել է 100 մՊա·վ, իսկ կապող սոսինձի մածուցիկությունը սահմանվել է 25 մՊա·վ:
1.3 Աշխատանքային վակուում.
SiC վաֆլի վրա ածխածնային թաղանթի ստեղծման գործընթացը ներառում է SiC վաֆլի մակերեսի վրա կպչուն շերտի ածխացում, որը պետք է իրականացվի վակուումային կամ արգոնից պաշտպանված միջավայրում: Փորձարարական արդյունքները ցույց են տալիս, որ արգոնից պաշտպանված միջավայրն ավելի նպաստավոր է ածխածնային թաղանթի ստեղծման համար, քան բարձր վակուումային միջավայրը: Եթե օգտագործվում է վակուումային միջավայր, ապա վակուումի մակարդակը պետք է լինի ≤1 Պա:
SiC սերմերի բյուրեղի միացման գործընթացը ներառում է SiC վաֆլի միացումը գրաֆիտային թիթեղին/գրաֆիտային թղթին: Հաշվի առնելով թթվածնի էրոզիվ ազդեցությունը գրաֆիտի նյութերի վրա բարձր ջերմաստիճաններում, այս գործընթացը պետք է իրականացվի վակուումային պայմաններում: Ուսումնասիրվել է տարբեր վակուումային մակարդակների ազդեցությունը կպչուն շերտի վրա: Փորձարարական արդյունքները ներկայացված են Աղյուսակ 1-ում: Կարելի է տեսնել, որ ցածր վակուումային պայմաններում օդում թթվածնի մոլեկուլները ամբողջությամբ չեն հեռացվում, ինչը հանգեցնում է թերի կպչուն շերտերի: Երբ վակուումի մակարդակը 10 Պա-ից ցածր է, թթվածնի մոլեկուլների էրոզիվ ազդեցությունը կպչուն շերտի վրա զգալիորեն նվազում է: Երբ վակուումի մակարդակը 1 Պա-ից ցածր է, էրոզիվ ազդեցությունը լիովին վերանում է:
Հրապարակման ժամանակը՝ հունիս-11-2024