Процес на подготовка на семенски кристали при раст на SiC со еден кристал

Силициум карбид (SiC)Материјалот ги има предностите на широк опсег, висока топлинска спроводливост, висока јачина на критичното поле на распаѓање и голема брзина на заситени електрони, што го прави многу ветувачки во полето за производство на полупроводници. SiC единечните кристали генерално се произведуваат преку методот на физичка транспорт на пареа (PVT). Специфичните чекори на овој метод вклучуваат ставање на SiC прав на дното на сад за графит и поставување на семенски кристал на SiC на врвот на садот. Графитотролнасе загрева до температурата на сублимација на SiC, предизвикувајќи SiC прашокот да се распадне на супстанции во фаза на пареа како што се Si пареа, Si2C и SiC2. Под влијание на аксијалниот температурен градиент, овие испарувани супстанции се сублимираат до врвот на садот и се кондензираат на површината на семето на SiC кристалот, кристализирајќи се во единечни кристали на SiC.

Во моментов, дијаметарот на семениот кристал се користи воРастење на еднокристално SiCтреба да одговара на целниот дијаметар на кристалот. За време на растењето, семениот кристал се фиксира на држачот за семе на врвот на садот со помош на лепило. Сепак, овој метод на фиксирање на кристалот на семето може да доведе до проблеми како што се празнини во лепливиот слој поради фактори како што се прецизноста на површината на држачот на семето и униформноста на лепливата обвивка, што може да резултира со дефекти во шестоаголна празнина. Тие вклучуваат подобрување на плошноста на графитната плоча, зголемување на униформноста на дебелината на лепливиот слој и додавање флексибилен тампон слој. И покрај овие напори, сè уште има проблеми со густината на лепливиот слој и постои ризик од одвојување на семените кристали. Со усвојување на методот на врзување нанафорана графитна хартија и нејзино преклопување на врвот на садот, густината на лепливиот слој може да се подобри и да се спречи откачувањето на обландата.

1. Експериментална шема:
Наполитанките користени во експериментот се комерцијално достапни6-инчни наполитанки од N-тип SiC. Фоторезистот се нанесува со помош на облога за центрифугирање. Адхезијата се постигнува со користење на саморазвиена печка со топла преса со семе.

1.1 Шема за фиксација на семе кристали:
Во моментов, шемите за адхезија на семените кристали на SiC може да се поделат во две категории: тип на лепило и тип на суспензија.

Шема за тип на лепило (слика 1): Ова вклучува поврзување наSiC нафорана графитната плоча со слој од графитна хартија како тампон слој за да се елиминираат празнините помеѓуSiC нафораи графитната плоча. Во вистинското производство, цврстината на врзување помеѓу графитната хартија и графитната плоча е слаба, што доведува до често одвојување на семените кристали за време на процесот на раст на висока температура, што резултира со неуспех на растот.

Шема за тип на суспензија (слика 2): Вообичаено, густа јаглеродна фолија се создава на површината за поврзување на нафората SiC користејќи методи на карбонизација со лепак или обложување. НаSiC нафорапотоа се стега помеѓу две графитни плочи и се става на врвот на графитниот сад, обезбедувајќи стабилност додека јаглеродната фолија ја штити нафората. Сепак, создавањето на јаглеродниот филм преку обложување е скапо и не е погодно за индустриско производство. Методот на карбонизација со лепак дава неконзистентен квалитет на јаглеродниот филм, што го отежнува добивањето на совршено густа јаглеродна фолија со силна адхезија. Дополнително, стегањето на графитните плочи ја намалува ефективната површина на раст на обландата со блокирање на дел од неговата површина.

Врз основа на горенаведените две шеми, се предлага нова шема за лепило и преклопување (Слика 3):

Релативно густа јаглеродна фолија се создава на површината за поврзување на нафората SiC користејќи го методот на карбонизација со лепак, обезбедувајќи не големо истекување на светлината под осветлување.
Нафората SiC покриена со јаглеродна фолија е врзана за графитна хартија, а површината за поврзување е страната на јаглеродниот филм. Лепливиот слој треба да изгледа подеднакво црн под светлина.
Графитната хартија е стегната со графитни плочи и суспендирана над графитниот сад за раст на кристалите.

1.2 Лепило:
Вискозноста на фоторезистот значително влијае на униформноста на дебелината на филмот. Со иста брзина на центрифугирање, помалиот вискозитет резултира со потенки и подеднакви лепливи фолии. Затоа, се избира фоторезист со низок вискозитет во рамките на барањата за апликација.

За време на експериментот, беше откриено дека вискозноста на карбонизирачкото лепило влијае на јачината на поврзувањето помеѓу јаглеродниот филм и нафората. Високиот вискозитет го отежнува рамномерното нанесување со помош на облога за центрифугирање, додека нискиот вискозитет резултира со слаба цврстина на поврзување, што доведува до пукање на јаглеродниот филм за време на последователните процеси на сврзување поради протокот на лепилото и надворешниот притисок. Преку експериментално истражување, вискозноста на карбонизирачкото лепило беше утврдена на 100 mPa·s, а вискозноста на лепилото за поврзување беше поставена на 25 mPa·s.

1.3 Работен вакуум:
Процесот на создавање на јаглеродна фолија на нафората SiC вклучува карбонизирање на лепливиот слој на површината на обландата SiC, што мора да се изврши во вакуум или средина заштитена со аргон. Експерименталните резултати покажуваат дека средина заштитена со аргон е попогодна за создавање јаглероден филм отколку средина со висок вакуум. Ако се користи вакуумска средина, нивото на вакуум треба да биде ≤1 Pa.

Процесот на поврзување на семениот кристал на SiC вклучува поврзување на нафората SiC со графитната плоча/графитна хартија. Со оглед на ерозивниот ефект на кислородот врз графитните материјали на високи температури, овој процес треба да се спроведе во услови на вакуум. Проучено е влијанието на различните нивоа на вакуум врз лепливиот слој. Експерименталните резултати се прикажани во Табела 1. Може да се види дека при услови на низок вакуум, молекулите на кислород во воздухот не се целосно отстранети, што доведува до нецелосни лепливи слоеви. Кога нивото на вакуум е под 10 Pa, ерозивниот ефект на молекулите на кислород на лепливиот слој е значително намален. Кога нивото на вакуум е под 1 Pa, ерозивниот ефект е целосно елиминиран.