Proces prípravy očkovacích kryštálov pri raste monokryštálov SiC

Karbid kremíka (SiC)Materiál má výhody širokej šírky pásma, vysokej tepelnej vodivosti, vysokej kritickej intenzity prierazného poľa a vysokej rýchlosti driftu nasýtených elektrónov, čo z neho robí veľmi sľubné v oblasti výroby polovodičov. Monokryštály SiC sa vo všeobecnosti vyrábajú metódou fyzického transportu pár (PVT). Špecifické kroky tejto metódy zahŕňajú umiestnenie prášku SiC na spodok grafitového téglika a umiestnenie zárodočného kryštálu SiC na vrch téglika. Grafittégliksa zahreje na teplotu sublimácie SiC, čo spôsobí, že prášok SiC sa rozloží na látky v plynnej fáze, ako sú Si para, Si2C a SiC2. Vplyvom axiálneho teplotného gradientu tieto odparené látky sublimujú na vrch téglika a kondenzujú na povrchu zárodočného kryštálu SiC, pričom kryštalizujú do monokryštálov SiC.

V súčasnosti sa používa priemer zárodočného kryštálu vRast monokryštálov SiCmusí zodpovedať cieľovému priemeru kryštálu. Počas rastu sa zárodočný kryštál fixuje na držiak semien v hornej časti téglika pomocou lepidla. Tento spôsob upevnenia zárodočného kryštálu však môže viesť k problémom, ako sú dutiny v adhéznej vrstve v dôsledku faktorov, ako je presnosť povrchu držiaka zárodkov a rovnomernosť povlaku lepidla, čo môže viesť k šesťuholníkovým defektom dutín. Patrí medzi ne zlepšenie rovinnosti grafitovej platne, zvýšenie rovnomernosti hrúbky vrstvy lepidla a pridanie pružnej vyrovnávacej vrstvy. Napriek tomuto úsiliu stále existujú problémy s hustotou adhéznej vrstvy a existuje riziko oddelenia zárodočných kryštálov. Prijatím metódy lepeniaoblátkana grafitový papier a jeho prekrývanie v hornej časti téglika sa môže zlepšiť hustota adhéznej vrstvy a môže sa zabrániť oddeleniu plátku.

1. Experimentálna schéma:
Oblátky použité v experimente sú komerčne dostupné6-palcové doštičky SiC typu N. Fotorezist sa nanáša pomocou rotačného nanášacieho zariadenia. Priľnavosť sa dosahuje pomocou samostatne vyvinutej pece na lisovanie osiva za tepla.

1.1 Schéma fixácie očkovacích kryštálov:
V súčasnosti možno schémy adhézie očkovacích kryštálov SiC rozdeliť do dvoch kategórií: typ lepidla a typ suspenzie.

Schéma typu lepidla (obrázok 1): Zahŕňa lepenieSiC oblátkana grafitovú dosku s vrstvou grafitového papiera ako vyrovnávacej vrstvy na odstránenie medzier medziSiC oblátkaa grafitová doska. Pri skutočnej výrobe je sila spojenia medzi grafitovým papierom a grafitovou doskou slabá, čo vedie k častému oddeľovaniu zárodočných kryštálov počas procesu rastu pri vysokej teplote, čo vedie k zlyhaniu rastu.

Schéma typu závesu (obrázok 2): Typicky sa na spojovacom povrchu SiC doštičky vytvorí hustý uhlíkový film pomocou metód karbonizácie lepidla alebo poťahovania. TheSiC oblátkasa potom upne medzi dve grafitové platne a umiestni sa na vrch grafitového téglika, čím sa zabezpečí stabilita, zatiaľ čo uhlíkový film chráni doštičku. Avšak vytváranie uhlíkového filmu prostredníctvom povlakovania je nákladné a nie je vhodné pre priemyselnú výrobu. Metóda karbonizácie lepidla poskytuje nekonzistentnú kvalitu uhlíkového filmu, čo sťažuje získanie dokonale hustého uhlíkového filmu so silnou priľnavosťou. Okrem toho zovretie grafitových dosiek znižuje efektívnu rastovú plochu plátku blokovaním časti jeho povrchu.

Na základe vyššie uvedených dvoch schém sa navrhuje nová schéma lepidla a prekrývania (obrázok 3):

Na lepiacom povrchu SiC doštičky sa pomocou metódy karbonizácie lepidla vytvorí relatívne hustý uhlíkový film, ktorý zaisťuje, že pri osvetlení nedochádza k veľkému úniku svetla.
Doštička SiC pokrytá uhlíkovým filmom je nalepená na grafitový papier, pričom lepiacim povrchom je strana uhlíkového filmu. Lepiaca vrstva by mala pod svetlom vyzerať rovnomerne čierna.
Grafitový papier je upnutý grafitovými doskami a zavesený nad grafitovým téglikom na rast kryštálov.

1.2 Lepidlo:
Viskozita fotorezistu výrazne ovplyvňuje rovnomernosť hrúbky filmu. Pri rovnakej rýchlosti odstreďovania má nižšia viskozita za následok tenšie a rovnomernejšie lepiace filmy. Preto sa v rámci aplikačných požiadaviek volí fotorezist s nízkou viskozitou.

Počas experimentu sa zistilo, že viskozita karbonizačného lepidla ovplyvňuje pevnosť spojenia medzi uhlíkovým filmom a plátkom. Vysoká viskozita sťažuje rovnomerné nanášanie pomocou rotačného nanášacieho zariadenia, zatiaľ čo nízka viskozita má za následok slabú pevnosť spoja, čo vedie k praskaniu uhlíkového filmu počas následných procesov spájania v dôsledku toku lepidla a vonkajšieho tlaku. Experimentálnym výskumom bola stanovená viskozita karbonizačného lepidla na 100 mPa.s a viskozita spojivového lepidla bola nastavená na 25 mPa.s.

1.3 Pracovné vákuum:
Proces vytvárania uhlíkového filmu na SiC doštičke zahŕňa karbonizáciu adhéznej vrstvy na povrchu SiC doštičky, ktorá sa musí vykonávať vo vákuu alebo v prostredí chránenom argónom. Experimentálne výsledky ukazujú, že prostredie chránené argónom je vhodnejšie na vytváranie uhlíkového filmu ako prostredie s vysokým vákuom. Ak sa používa vákuové prostredie, úroveň vákua by mala byť ≤1 Pa.

Proces spájania zárodočného kryštálu SiC zahŕňa spojenie plátku SiC s grafitovou platňou/grafitovým papierom. Vzhľadom na erozívny účinok kyslíka na grafitové materiály pri vysokých teplotách je potrebné tento proces vykonávať vo vákuu. Študoval sa vplyv rôznych úrovní vákua na vrstvu lepidla. Experimentálne výsledky sú uvedené v tabuľke 1. Je možné vidieť, že za podmienok nízkeho vákua nie sú molekuly kyslíka vo vzduchu úplne odstránené, čo vedie k neúplným adhéznym vrstvám. Keď je úroveň vákua nižšia ako 10 Pa, erozívny účinok molekúl kyslíka na vrstvu lepidla sa výrazne zníži. Keď je úroveň vákua pod 1 Pa, erozívny efekt je úplne eliminovaný.