2. Eksperimentel proces
2.1 Hærdning af klæbende film
Det blev observeret, at direkte skabe en carbonfilm eller limning med grafitpapir påSiC wafersbelagt med klæbemiddel førte til flere problemer:
1. Under vakuumforhold påføres den klæbende filmSiC wafersudviklet et skællignende udseende på grund af betydelig luftfrigivelse, hvilket resulterer i overfladeporøsitet. Dette forhindrede klæbemiddellagene i at binde ordentligt efter forkulning.
2. Under bindingenoblatskal placeres på grafitpapiret på én gang. Hvis genplacering finder sted, kan ujævnt tryk reducere klæbemiddelens ensartethed, hvilket negativt påvirker bindingskvaliteten.
3. Ved vakuumoperationer forårsagede frigivelsen af luft fra klæbemiddellaget afskalning og dannelse af adskillige hulrum i klæbefilmen, hvilket resulterede i bindingsfejl. For at løse disse problemer, fortørring af klæbemidlet påwaferslimning af overflade med en varmeplade efter spin-coating anbefales.
2.2 Karboniseringsproces
Processen med at skabe en kulfilm påSiC frø waferog limning af det til grafitpapir kræver forkulning af klæbemiddellaget ved en specifik temperatur for at sikre tæt limning. Ufuldstændig forkulning af det klæbende lag kan føre til dets nedbrydning under vækst, hvilket frigiver urenheder, der påvirker krystalvækstkvaliteten. Derfor er sikring af fuldstændig karbonisering af klæbelaget afgørende for højdensitetsbinding. Denne undersøgelse undersøger effekten af temperatur på klæbende karbonisering. Et ensartet lag af fotoresist blev påførtoblatoverflade og anbragt i en rørovn under vakuum (<10 Pa). Temperaturen blev hævet til forudindstillede niveauer (400 ℃, 500 ℃ og 600 ℃) og holdt i 3-5 timer for at opnå karbonisering.
Eksperimenter angivet:
Ved 400 ℃ efter 3 timer forkullede den klæbende film ikke og så mørkerød ud; ingen signifikant ændring blev observeret efter 4 timer.
Ved 500 ℃, efter 3 timer, blev filmen sort, men transmitterede stadig lys; ingen væsentlig ændring efter 4 timer.
Ved 600 ℃, efter 3 timer, blev filmen sort uden lystransmission, hvilket indikerer fuldstændig karbonisering.
Den passende bindingstemperatur skal derfor være ≥600 ℃.
2.3 Påføringsproces for klæbemiddel
Ensartetheden af den klæbende film er en kritisk indikator for evaluering af klæbemiddelpåføringsprocessen og sikring af et ensartet klæbelag. Dette afsnit udforsker den optimale centrifugeringshastighed og belægningstid for forskellige klæbende filmtykkelser. Ensartetheden
u af filmtykkelsen er defineret som forholdet mellem den minimale filmtykkelse Lmin og den maksimale filmtykkelse Lmax over det nyttige område. Fem punkter på waferen blev udvalgt til at måle filmtykkelsen, og ensartetheden blev beregnet. Figur 4 illustrerer målepunkterne.
Til højdensitetsbinding mellem SiC-waferen og grafitkomponenterne er den foretrukne klæbende filmtykkelse 1-5 µm. En filmtykkelse på 2 µm blev valgt, anvendelig til både carbonfilmfremstilling og wafer/grafitpapirbindingsprocesser. De optimale spin-coating-parametre for karboniserende klæbemiddel er 15 s ved 2500 r/min, og for bindingslimen 15 s ved 2000 r/min.
2.4 Bindingsproces
Under limningen af SiC-waferen til grafit/grafitpapir er det afgørende fuldstændigt at eliminere luft og organiske gasser, der dannes under forkulning, fra bindelaget. Ufuldstændig gaseliminering resulterer i hulrum, hvilket fører til et ikke-tæt bindingslag. Luften og de organiske gasser kan evakueres ved hjælp af en mekanisk oliepumpe. I første omgang sikrer kontinuerlig drift af den mekaniske pumpe, at vakuumkammeret når sin grænse, hvilket tillader fuldstændig luftfjernelse fra bindingslaget. Hurtig temperaturstigning kan forhindre rettidig gaseliminering under højtemperatur-karbonisering, hvilket danner hulrum i bindingslaget. Adhæsive egenskaber indikerer betydelig afgasning ved ≤120 ℃, stabilisering over denne temperatur.
Eksternt tryk påføres under limning for at øge densiteten af den klæbende film, hvilket letter udstødningen af luft og organiske gasser, hvilket resulterer i et bindelag med høj densitet.
Sammenfattende blev bindingsproceskurven vist i figur 5 udviklet. Under specifikt tryk hæves temperaturen til udgasningstemperaturen (~120 ℃) og holdes, indtil afgasningen er afsluttet. Derefter øges temperaturen til karboniseringstemperaturen, opretholdes i den nødvendige varighed, efterfulgt af naturlig afkøling til stuetemperatur, trykudløsning og fjernelse af den bundne wafer.
I henhold til afsnit 2.2 skal den klæbende film carboniseres ved 600 ℃ i over 3 timer. Derfor er T2 i bindingsproceskurven indstillet til 600 ℃ og t2 til 3 timer. De optimale værdier for bindingsproceskurven, bestemt gennem ortogonale eksperimenter, der studerer virkningerne af bindingstryk, første trins opvarmningstid t1 og anden trins opvarmningstid t2 på bindingsresultater, er vist i tabel 2-4.
Angivne resultater:
Ved et bindingstryk på 5 kN havde opvarmningstiden minimal indvirkning på bindingen.
Ved 10 kN faldt hulrumsarealet i bindingslaget ved længere førstegangsopvarmning.
Ved 15 kN reducerede udvidelsen af første trins opvarmning markant hulrum, hvilket til sidst eliminerede dem.
Andet trins opvarmningstids effekt på binding var ikke tydelig i de ortogonale test. Fastsættelse af bindingstrykket til 15 kN og opvarmningstiden i første trin til 90 minutter, opvarmningstiderne i andet trin på 30, 60 og 90 minutter resulterede alle i hulrumsfri tætte bindingslag, hvilket indikerer, at opvarmningstiden i andet trin havde ringe indflydelse på bindingen.
Optimale værdier for bindingsproceskurven er: bindingstryk 15 kN, første trins opvarmningstid 90 min, første trins temperatur 120 ℃, 2. trins opvarmningstid 30 min, andet trins temperatur 600 ℃ og andet trins holdetid 3 timer.
Indlægstid: 11-jun-2024