თესლის კრისტალების მომზადების პროცესი SiC ერთკრისტალურ ზრდაში

სილიციუმის კარბიდი (SiC)მასალას აქვს ფართო ზოლის, მაღალი თერმული კონდუქტომეტრის, მაღალი კრიტიკული ავარიის ველის სიძლიერის და გაჯერებული ელექტრონების დრიფტის მაღალი სიჩქარის უპირატესობები, რაც მას უაღრესად პერსპექტიულს ხდის ნახევარგამტარების წარმოების სფეროში. SiC ერთკრისტალები ძირითადად წარმოიქმნება ფიზიკური ორთქლის ტრანსპორტირების (PVT) მეთოდით. ამ მეთოდის კონკრეტული საფეხურები მოიცავს SiC ფხვნილის განთავსებას გრაფიტის ჭურჭლის ძირში და SiC თესლის კრისტალის განთავსებას ჭურჭლის ზედა ნაწილში. გრაფიტიჯვარედინითბება SiC-ის სუბლიმაციის ტემპერატურამდე, რის შედეგადაც SiC ფხვნილი იშლება ორთქლის ფაზის ნივთიერებებად, როგორიცაა Si ორთქლი, Si2C და SiC2. ღერძული ტემპერატურული გრადიენტის გავლენის ქვეშ, ეს ორთქლებული ნივთიერებები სუბლიმირებულია ჭურჭლის ზევით და კონდენსირდება SiC თესლის კრისტალის ზედაპირზე, კრისტალდება SiC ერთკრისტალებად.

ამჟამად გამოიყენება სათესლე ბროლის დიამეტრიSiC ერთკრისტალური ზრდაუნდა შეესაბამებოდეს სამიზნე ბროლის დიამეტრს. ზრდის დროს სათესლე კრისტალი ფიქსირდება სათესლე დამჭერზე ჭურჭლის ზედა ნაწილში წებოვანი საშუალებით. თუმცა, თესლის კრისტალის დამაგრების ამ მეთოდმა შეიძლება გამოიწვიოს ისეთი საკითხები, როგორიცაა წებოვანი ფენის სიცარიელე, ისეთი ფაქტორების გამო, როგორიცაა თესლის დამჭერის ზედაპირის სიზუსტე და წებოვანი საფარის ერთგვაროვნება, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს ექვსკუთხა სიცარიელის დეფექტები. ეს მოიცავს გრაფიტის ფირფიტის სიბრტყის გაუმჯობესებას, წებოვანი ფენის სისქის ერთგვაროვნების გაზრდას და მოქნილი ბუფერული ფენის დამატებას. მიუხედავად ამ ძალისხმევისა, ჯერ კიდევ არსებობს წებოვანი ფენის სიმკვრივის პრობლემები და არსებობს თესლის ბროლის გამოყოფის რისკი. მიმაგრების მეთოდის მიღებითვაფლიგრაფიტის ქაღალდზე და მისი გადახურვა ჭურჭლის ზედა ნაწილში, შეიძლება გაუმჯობესდეს წებოვანი ფენის სიმკვრივე და თავიდან აიცილოს ვაფლის ჩამოშლა.

1. ექსპერიმენტული სქემა:
ექსპერიმენტში გამოყენებული ვაფლები კომერციულად ხელმისაწვდომია6 დიუმიანი N- ტიპის SiC ვაფლები. Photoresist გამოიყენება spin coater-ის გამოყენებით. ადჰეზია მიიღწევა თვითგანვითარებული თესლის ცხელი პრესის ღუმელის გამოყენებით.

1.1 თესლის კრისტალების ფიქსაციის სქემა:
ამჟამად, SiC თესლის კრისტალების ადჰეზიის სქემები შეიძლება დაიყოს ორ კატეგორიად: წებოვანი ტიპი და სუსპენზიის ტიპი.

წებოვანი ტიპის სქემა (სურათი 1): ეს მოიცავს შემაერთებელსSiC ვაფლიგრაფიტის ფირფიტაზე გრაფიტის ქაღალდის ფენით ბუფერული ფენით აღმოფხვრის ხარვეზებს შორისSiC ვაფლიდა გრაფიტის ფირფიტა. რეალურ წარმოებაში, გრაფიტის ქაღალდსა და გრაფიტის ფირფიტას შორის შემაკავშირებელი ძალა სუსტია, რაც იწვევს თესლის ბროლის ხშირ გამოყოფას მაღალ ტემპერატურაზე ზრდის პროცესში, რაც იწვევს ზრდის უკმარისობას.

სუსპენზიის ტიპის სქემა (სურათი 2): როგორც წესი, ნახშირბადის მკვრივი ფილმი იქმნება SiC ვაფლის შემაკავშირებელ ზედაპირზე წებოს კარბონიზაციის ან დაფარვის მეთოდების გამოყენებით. TheSiC ვაფლიშემდეგ იკვრება ორ გრაფიტის ფირფიტას შორის და მოთავსებულია გრაფიტის ჭურჭლის თავზე, რაც უზრუნველყოფს სტაბილურობას, ხოლო ნახშირბადის ფილმი იცავს ვაფლს. თუმცა, საფარის მეშვეობით ნახშირბადის ფირის შექმნა ძვირია და არ არის შესაფერისი სამრეწველო წარმოებისთვის. წებოს კარბონიზაციის მეთოდი იძლევა ნახშირბადის ფირის არათანმიმდევრულ ხარისხს, რაც ართულებს სრულყოფილად მკვრივი ნახშირბადის ფირის მიღებას ძლიერი ადჰეზიით. გარდა ამისა, გრაფიტის ფირფიტების დამაგრება ამცირებს ვაფლის ეფექტურ ზრდას მისი ზედაპირის ნაწილის დაბლოკვით.

ზემოთ მოცემულ ორ სქემზე დაყრდნობით, შემოთავაზებულია ახალი წებოვანი და გადახურვის სქემა (სურათი 3):

შედარებით მკვრივი ნახშირბადის ფილმი იქმნება SiC ვაფლის შემაკავშირებელ ზედაპირზე წებოს კარბონიზაციის მეთოდის გამოყენებით, რაც უზრუნველყოფს სინათლის დიდი გაჟონვის არარსებობას განათების ქვეშ.
ნახშირბადის ფირით დაფარული SiC ვაფლი მიბმულია გრაფიტის ქაღალდზე, შემაკავშირებელი ზედაპირი არის ნახშირბადის ფირის მხარე. წებოვანი ფენა სინათლის ქვეშ ერთნაირად შავი უნდა გამოჩნდეს.
გრაფიტის ქაღალდი იკვრება გრაფიტის ფირფიტებით და შეჩერებულია გრაფიტის ჭურჭლის ზემოთ ბროლის ზრდისთვის.

1.2 წებოვანი:
ფოტორეზისტის სიბლანტე მნიშვნელოვნად მოქმედებს ფირის სისქის ერთგვაროვნებაზე. იმავე ბრუნვის სიჩქარით, დაბალი სიბლანტე იწვევს თხელ და ერთგვაროვან წებოვან ფენებს. ამიტომ, აპლიკაციის მოთხოვნების ფარგლებში არჩეულია დაბალი სიბლანტის ფოტორეზისტი.

ექსპერიმენტის დროს დადგინდა, რომ კარბონიზაციის წებოვანი სიბლანტე გავლენას ახდენს ნახშირბადის ფირისა და ვაფლის შემაკავშირებელ სიძლიერეზე. მაღალი სიბლანტე ართულებს ერთგვაროვან გამოყენებას დაწნული საფარის გამოყენებით, ხოლო დაბალი სიბლანტე იწვევს სუსტ შემაკავშირებელ სიმტკიცეს, რაც იწვევს ნახშირბადის ფირის გახეთქვას შემდგომ შემაკავშირებელ პროცესებში წებოვანი ნაკადის და გარე წნევის გამო. ექსპერიმენტული კვლევის შედეგად, კარბონიზირებული წებოვანის სიბლანტე განისაზღვრა 100 mPa·s, ხოლო შემაკავშირებელი წებოვანი სიბლანტე დაყენდა 25 mPa·s.

1.3 სამუშაო ვაკუუმი:
SiC ვაფლის ნახშირბადის ფირის შექმნის პროცესი მოიცავს SiC ვაფლის ზედაპირზე წებოვანი ფენის კარბონიზაციას, რომელიც უნდა განხორციელდეს ვაკუუმში ან არგონისგან დაცულ გარემოში. ექსპერიმენტული შედეგები აჩვენებს, რომ არგონისგან დაცული გარემო უფრო ხელსაყრელია ნახშირბადის ფირის შესაქმნელად, ვიდრე მაღალი ვაკუუმის გარემო. თუ ვაკუუმური გარემო გამოიყენება, ვაკუუმის დონე უნდა იყოს ≤1 Pa.

SiC სათესლე კრისტალის შეკავშირების პროცესი მოიცავს SiC ვაფლის მიბმას გრაფიტის ფირფიტაზე/გრაფიტის ქაღალდზე. გრაფიტის მასალებზე ჟანგბადის ეროზიული ეფექტის გათვალისწინებით მაღალ ტემპერატურაზე, ეს პროცესი უნდა ჩატარდეს ვაკუუმის პირობებში. შესწავლილი იქნა სხვადასხვა ვაკუუმის დონის გავლენა წებოვან ფენაზე. ექსპერიმენტული შედეგები ნაჩვენებია ცხრილში 1. ჩანს, რომ დაბალი ვაკუუმის პირობებში ჰაერში ჟანგბადის მოლეკულები ბოლომდე არ არის მოცილებული, რაც იწვევს არასრულ წებოვან ფენებს. როდესაც ვაკუუმის დონე 10 Pa-ზე დაბალია, ჟანგბადის მოლეკულების ეროზიული ეფექტი წებოვან ფენაზე მნიშვნელოვნად მცირდება. როდესაც ვაკუუმის დონე 1 Pa-ზე დაბალია, ეროზიული ეფექტი მთლიანად აღმოიფხვრება.