Siliciumcarbid (SiC)materiale har fordelene ved et bredt båndgab, høj termisk ledningsevne, høj kritisk nedbrydningsfeltstyrke og høj mættet elektrondriftshastighed, hvilket gør det meget lovende inden for halvlederfremstilling. SiC-enkeltkrystaller fremstilles generelt gennem metoden med fysisk damptransport (PVT). De specifikke trin i denne metode involverer at placere SiC-pulver i bunden af en grafitdigel og placere en SiC-frøkrystal i toppen af digelen. Grafittensmeltedigelopvarmes til sublimeringstemperaturen for SiC, hvilket får SiC-pulveret til at nedbrydes til dampfasestoffer såsom Si-damp, Si2C og SiC2. Under påvirkning af den aksiale temperaturgradient sublimerer disse fordampede stoffer til toppen af digelen og kondenserer på overfladen af SiC-kimkrystallen og krystalliserer til SiC-enkeltkrystaller.
I øjeblikket er diameteren af frøkrystallen brugt iSiC enkeltkrystalvækstskal matche målkrystaldiameteren. Under vækst fastgøres frøkrystallen på frøholderen i toppen af diglen ved hjælp af klæbemiddel. Denne metode til fastgørelse af frøkrystallen kan dog føre til problemer såsom hulrum i klæbelaget på grund af faktorer som præcisionen af frøholderens overflade og ensartetheden af den klæbende belægning, hvilket kan resultere i sekskantede hulrumsdefekter. Disse omfatter forbedring af fladheden af grafitpladen, forøgelse af ensartetheden af klæbemiddellagets tykkelse og tilføjelse af et fleksibelt bufferlag. På trods af disse anstrengelser er der stadig problemer med tætheden af det klæbende lag, og der er risiko for, at frøkrystal løsner sig. Ved at anvende metoden til at bindeoblattil grafitpapir og overlapper det i toppen af diglen, kan tætheden af det klæbende lag forbedres, og løsrivelsen af waferen kan forhindres.
1. Eksperimentel skema:
De wafere, der blev brugt i eksperimentet, er kommercielt tilgængelige6-tommer N-type SiC wafere. Fotoresist påføres med en spincoater. Vedhæftning opnås ved hjælp af en selvudviklet frø-hotpresseovn.
1.1 Frøkrystalfikseringsskema:
I øjeblikket kan SiC-frøkrystaladhæsionsskemaerne opdeles i to kategorier: klæbemiddeltype og suspensionstype.
Klæbemiddeltypeskema (figur 1): Dette involverer limning afSiC wafertil grafitpladen med et lag grafitpapir som bufferlag for at eliminere mellemrum mellemSiC waferog grafitpladen. I den faktiske produktion er bindingsstyrken mellem grafitpapiret og grafitpladen svag, hvilket fører til hyppig løsrivelse af frøkrystal under højtemperaturvækstprocessen, hvilket resulterer i vækstsvigt.
Suspensionstypeskema (figur 2): Typisk skabes en tæt carbonfilm på bindingsoverfladen af SiC-waferen ved hjælp af limkarbonisering eller belægningsmetoder. DeSiC waferklemmes derefter fast mellem to grafitplader og placeres i toppen af grafitdigelen, hvilket sikrer stabilitet, mens kulfilmen beskytter waferen. At skabe kulfilmen gennem belægning er imidlertid dyrt og ikke egnet til industriel produktion. Limkarboniseringsmetoden giver en inkonsekvent kulfilmkvalitet, hvilket gør det vanskeligt at opnå en perfekt tæt kulfilm med stærk vedhæftning. Derudover reducerer fastspænding af grafitpladerne det effektive vækstområde af waferen ved at blokere en del af dens overflade.
Baseret på ovenstående to skemaer foreslås et nyt klæbende og overlappende skema (figur 3):
En relativt tæt kulstoffilm dannes på bindingsoverfladen af SiC-waferen ved hjælp af limkarboniseringsmetoden, hvilket sikrer ingen stor lyslækage under belysning.
SiC-waferen dækket med carbonfilmen er bundet til grafitpapir, hvor bindingsoverfladen er carbonfilmsiden. Det klæbende lag skal fremstå ensartet sort under lys.
Grafitpapiret er fastspændt af grafitplader og suspenderet over grafitdigelen for krystalvækst.
1.2 Klæbemiddel:
Viskositeten af fotoresisten påvirker i væsentlig grad ensartetheden af filmtykkelsen. Ved samme centrifugeringshastighed resulterer lavere viskositet i tyndere og mere ensartede klæbefilm. Derfor vælges en fotoresist med lav viskositet inden for anvendelseskravene.
Under forsøget blev det fundet, at viskositeten af det karboniserende klæbemiddel påvirker bindingsstyrken mellem carbonfilmen og waferen. Høj viskositet gør det vanskeligt at påføre ensartet med en spincoater, mens lav viskositet resulterer i svag bindingsstyrke, hvilket fører til carbonfilm revner under efterfølgende bindingsprocesser på grund af klæbemiddelflow og eksternt tryk. Gennem eksperimentel forskning blev viskositeten af det karboniserende klæbemiddel bestemt til at være 100 mPa·s, og klæbemiddelets viskositet blev sat til 25 mPa·s.
1.3 Arbejdsvakuum:
Processen med at skabe kulstoffilmen på SiC-waferen involverer karbonisering af det klæbende lag på SiC-waferens overflade, hvilket skal udføres i et vakuum eller argon-beskyttet miljø. Eksperimentelle resultater viser, at et argon-beskyttet miljø er mere befordrende for kulstoffilmdannelse end et højvakuummiljø. Hvis der anvendes et vakuummiljø, skal vakuumniveauet være ≤1 Pa.
Processen med at binde SiC-podekrystallen involverer binding af SiC-waferen til grafitpladen/grafitpapiret. I betragtning af den erosive virkning af ilt på grafitmaterialer ved høje temperaturer, skal denne proces udføres under vakuumforhold. Påvirkningen af forskellige vakuumniveauer på klæbelaget blev undersøgt. Forsøgsresultaterne er vist i tabel 1. Det kan ses, at iltmolekyler i luften under lavvakuumforhold ikke fjernes fuldstændigt, hvilket fører til ufuldstændige klæbelag. Når vakuumniveauet er under 10 Pa, reduceres den erosive effekt af iltmolekyler på klæbelaget betydeligt. Når vakuumniveauet er under 1 Pa, er den erosive effekt fuldstændig elimineret.
Indlægstid: 11-jun-2024