SiC dày CVD có độ tinh khiết cao: Thông tin chi tiết về quy trình để tăng trưởng vật liệu

1. Thông thườngCVD SiCQuá trình lắng đọng

Quy trình CVD tiêu chuẩn để phủ lớp phủ SiC bao gồm một loạt các bước được kiểm soát cẩn thận:

Sưởi ấm:Lò CVD được làm nóng đến nhiệt độ từ 100-160°C.

Tải chất nền:Một chất nền than chì (trục gá) được đặt trên một bệ quay trong buồng lắng đọng.

Hút chân không và thanh lọc:Buồng được hút chân không và thanh lọc bằng khí argon (Ar) theo nhiều chu kỳ.

Kiểm soát nhiệt độ và áp suất:Buồng được làm nóng đến nhiệt độ lắng đọng trong điều kiện chân không liên tục. Sau khi đạt đến nhiệt độ mong muốn, thời gian giữ được duy trì trước khi đưa khí Ar vào để đạt áp suất 40-60 kPa. Căn phòng sau đó được sơ tán một lần nữa.

Giới thiệu khí tiền thân:Một hỗn hợp gồm hydro (H2), argon (Ar) và khí hydrocarbon (ankan) được đưa vào buồng gia nhiệt trước, cùng với tiền chất chlorosilane (thường là silicon tetrachloride, SiCl4). Hỗn hợp khí thu được sau đó được đưa vào buồng phản ứng.

Lắng đọng và làm mát:Sau khi quá trình lắng đọng hoàn tất, dòng H2, chlorosilane và ankan bị dừng lại. Dòng Argon được duy trì để làm sạch buồng trong khi làm mát. Cuối cùng, buồng được đưa về áp suất khí quyển, mở ra và chất nền than chì phủ SiC được loại bỏ.

2. Ứng dụng của DàyCVD SiCLớp

Các lớp SiC mật độ cao có độ dày vượt quá 1mm tìm thấy các ứng dụng quan trọng trong:

Sản xuất chất bán dẫn:Là vòng lấy nét (FR) trong hệ thống khắc khô để chế tạo mạch tích hợp.

Quang học và hàng không vũ trụ:Các lớp SiC có độ trong suốt cao được sử dụng trong gương quang học và cửa sổ tàu vũ trụ.

Những ứng dụng này đòi hỏi vật liệu hiệu suất cao, khiến SiC dày trở thành sản phẩm có giá trị cao với tiềm năng kinh tế đáng kể.

3. Đặc điểm mục tiêu cho cấp bán dẫnCVD SiC

CVD SiCđối với các ứng dụng bán dẫn, đặc biệt là đối với vòng lấy nét, yêu cầu các đặc tính vật liệu nghiêm ngặt:

Độ tinh khiết cao:SiC đa tinh thể có độ tinh khiết 99,9999% (6N).

Mật độ cao:Một cấu trúc vi mô dày đặc, không có lỗ chân lông là điều cần thiết.

Độ dẫn nhiệt cao:Giá trị lý thuyết đạt tới 490 W/m·K, với giá trị thực tế dao động từ 200-400 W/m·K.

Điện trở suất được kiểm soát:Giá trị mong muốn trong khoảng 0,01-500 Ω.cm.

Độ kháng plasma và độ trơ hóa học:Quan trọng để chịu được môi trường khắc nghiệt.

Độ cứng cao:Độ cứng vốn có của SiC (~3000 kg/mm2) đòi hỏi kỹ thuật gia công chuyên dụng.

Cấu trúc đa tinh thể khối:Ưu tiên định hướng 3C-SiC (β-SiC) với định hướng tinh thể chiếm ưu thế (111).

4. Quy trình CVD cho màng dày 3C-SiC

Phương pháp ưa thích để lắng đọng màng 3C-SiC dày cho vòng lấy nét là CVD, sử dụng các tham số sau:

Lựa chọn tiền thân:Methyltrichlorosilane (MTS) thường được sử dụng, cung cấp tỷ lệ mol Si/C 1:1 cho quá trình lắng đọng cân bằng hóa học. Tuy nhiên, một số nhà sản xuất tối ưu hóa tỷ lệ Si:C (1:1,1 đến 1:1,4) để tăng cường sức đề kháng của plasma, có khả năng ảnh hưởng đến sự phân bố kích thước hạt và hướng ưu tiên.

Khí mang:Hydro (H2) phản ứng với các chất có chứa clo, trong khi argon (Ar) đóng vai trò là khí mang cho MTS và làm loãng hỗn hợp khí để kiểm soát tốc độ lắng đọng.

5. Hệ thống CVD cho các ứng dụng vòng lấy nét

Trình bày sơ đồ trình bày của một hệ thống CVD điển hình để gửi 3C-SiC cho các vòng tiêu điểm. Tuy nhiên, hệ thống sản xuất chi tiết thường được thiết kế tùy chỉnh và độc quyền.

6. Kết luận

Việc sản xuất các lớp SiC dày, có độ tinh khiết cao thông qua CVD là một quá trình phức tạp đòi hỏi phải kiểm soát chính xác nhiều thông số. Khi nhu cầu về các vật liệu hiệu suất cao này tiếp tục tăng, các nỗ lực nghiên cứu và phát triển đang diễn ra tập trung vào việc tối ưu hóa các kỹ thuật CVD để đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt của chế tạo chất bán dẫn thế hệ tiếp theo và các ứng dụng đòi hỏi khắt khe khác.**