سي وي ڊي سي آءِ سي ڪوٽنگ جي واڌ ويجهه تي مختلف درجه حرارت جو اثر

سي وي ڊي سي آءِ سي ڪوٽنگ ڇا آهي؟

ڪيميڪل وانپ ڊپوزيشن (CVD) هڪ ويڪيوم ڊپوزيشن عمل آهي جيڪو اعليٰ پاڪائي واري مضبوط مواد پيدا ڪرڻ لاءِ استعمال ٿيندو آهي. هي عمل اڪثر ڪري سيمي ڪنڊڪٽر جي پيداوار جي ميدان ۾ ويفرز جي مٿاڇري تي پتلي فلمون ٺاهڻ لاءِ استعمال ڪيو ويندو آهي. CVD پاران سلڪون ڪاربائيڊ تيار ڪرڻ جي عمل ۾، سبسٽريٽ هڪ يا وڌيڪ غير مستحڪم اڳڪٿين جي سامهون اچي ٿو، جيڪي گهربل سلڪون ڪاربائيڊ جمع جمع ڪرڻ لاءِ سبسٽريٽ جي مٿاڇري تي ڪيميائي طور تي رد عمل ڪن ٿا. سلڪون ڪاربائيڊ مواد تيار ڪرڻ جي ڪيترن ئي طريقن مان، ڪيميائي وانپ ڊپوزيشن ذريعي تيار ڪيل شين ۾ وڌيڪ هڪجهڙائي ۽ پاڪائي هوندي آهي، ۽ هن طريقي ۾ مضبوط عمل ڪنٽروليبلٽي هوندي آهي. سي وي ڊي سلڪون ڪاربائيڊ مواد ۾ بهترين حرارتي، بجلي ۽ ڪيميائي خاصيتن جو هڪ منفرد ميلاپ آهي، جيڪو انهن کي سيمي ڪنڊڪٽر انڊسٽري ۾ استعمال لاءِ تمام مناسب بڻائي ٿو جتي اعليٰ ڪارڪردگي واري مواد جي ضرورت هوندي آهي. سي وي ڊي سلڪون ڪاربائيڊ جزا وڏي پيماني تي ايچنگ سامان، ايم او سي وي ڊي سامان، سي ايپيٽيڪسيل سامان ۽ سي سي ايپيٽيڪسيل سامان، تيز حرارتي پروسيسنگ سامان ۽ ٻين شعبن ۾ استعمال ٿيندا آهن.

هي مضمون تياري دوران مختلف پروسيس جي گرمي پد تي پوکيل پتلي فلمن جي معيار جي تجزيي تي ڌيان ڏئي ٿو.سي وي ڊي سي سي ڪوٽنگ، ته جيئن سڀ کان وڌيڪ مناسب عمل جي درجه حرارت کي چونڊيو وڃي. تجربو گريفائٽ کي سبسٽريٽ طور ۽ ٽرائڪلوروميٿيلسيلين (MTS) کي رد عمل جي ذريعو گئس طور استعمال ڪري ٿو. SiC ڪوٽنگ گهٽ دٻاءُ واري CVD عمل ذريعي جمع ڪئي ويندي آهي، ۽ مائڪرومورفولوجيسي وي ڊي سي سي ڪوٽنگان جي ساخت جي کثافت جو تجزيو ڪرڻ لاءِ اليڪٽران مائڪروسڪوپي اسڪين ڪندي ڏٺو ويندو آهي.

ڇاڪاڻ ته گريفائيٽ سبسٽريٽ جي مٿاڇري جو گرمي پد تمام گهڻو آهي، انٽرميڊيٽ گيس کي سبسٽريٽ جي مٿاڇري مان جذب ڪيو ويندو ۽ خارج ڪيو ويندو، ۽ آخرڪار سبسٽريٽ جي مٿاڇري تي باقي C ۽ Si مضبوط مرحلو SiC ٺاهيندا ته جيئن SiC ڪوٽنگ ٺاهي سگهجي. مٿي ڏنل CVD-SiC واڌ جي عمل جي مطابق، اهو ڏسي سگهجي ٿو ته گرمي پد گئس جي پکيڙ، MTS جي خراب ٿيڻ، بوندن جي ٺهڻ ۽ وچولي گئس جي خارج ٿيڻ ۽ خارج ٿيڻ تي اثر انداز ٿيندو، تنهن ڪري جمع ڪرڻ جو گرمي پد SiC ڪوٽنگ جي مورفولوجي ۾ اهم ڪردار ادا ڪندو. ڪوٽنگ جي خوردبيني مورفولوجي ڪوٽنگ جي کثافت جو سڀ کان وڌيڪ وجداني مظهر آهي. تنهن ڪري، CVD SiC ڪوٽنگ جي خوردبيني مورفولوجي تي مختلف جمع ڪرڻ جي درجه حرارت جي اثر جو مطالعو ڪرڻ ضروري آهي. جيئن ته MTS 900 ~ 1600 ℃ جي وچ ۾ SiC ڪوٽنگ کي ختم ڪري ۽ جمع ڪري سگهي ٿو، هي تجربو CVD-SiC ڪوٽنگ تي گرمي پد جي اثر جو مطالعو ڪرڻ لاءِ SiC ڪوٽنگ جي تياري لاءِ 900 ℃، 1000 ℃، 1100 ℃، 1200 ℃ ۽ 1300 ℃ جا پنج جمع ڪرڻ جي درجه حرارت چونڊيندو آهي. مخصوص پيرا ميٽر ٽيبل 3 ۾ ڏيکاريا ويا آهن. شڪل 2 مختلف جمع ڪرڻ جي درجه حرارت تي پوکيل CVD-SiC ڪوٽنگ جي خوردبيني مورفولوجي ڏيکاري ٿي.

جڏهن جمع ڪرڻ جو گرمي پد 900 ℃ هوندو آهي، ته سڀئي SiC فائبر جي شڪلن ۾ وڌندا آهن. اهو ڏسي سگهجي ٿو ته هڪ واحد فائبر جو قطر تقريباً 3.5μm هوندو آهي، ۽ ان جو اسپيڪٽ ريشو تقريباً 3 (<10) هوندو آهي. ان کان علاوه، اهو بيشمار نانو-SiC ذرڙن تي مشتمل هوندو آهي، تنهن ڪري اهو هڪ پولي ڪرسٽل لائن SiC ڍانچي سان تعلق رکي ٿو، جيڪو روايتي SiC نانوائرز ۽ سنگل-ڪرسٽل SiC وسڪرز کان مختلف آهي. هي فائبرس SiC هڪ ساختي نقص آهي جيڪو غير معقول عمل جي پيرا ميٽرز جي ڪري پيدا ٿئي ٿو. اهو ڏسي سگهجي ٿو ته هن SiC ڪوٽنگ جي جوڙجڪ نسبتاً ڍلو آهي، ۽ فائبرس SiC جي وچ ۾ وڏي تعداد ۾ سوراخ آهن، ۽ کثافت تمام گهٽ آهي. تنهن ڪري، هي گرمي پد گهاٽي SiC ڪوٽنگ جي تياري لاءِ مناسب ناهي. عام طور تي، فائبرس SiC ساختي نقص تمام گهٽ جمع ڪرڻ جي درجه حرارت جي ڪري ٿين ٿا. گهٽ درجه حرارت تي، سبسٽريٽ جي مٿاڇري تي جذب ٿيندڙ ننڍڙن ماليڪيولن ۾ گهٽ توانائي ۽ خراب منتقلي جي صلاحيت هوندي آهي. تنهن ڪري، ننڍا ماليڪيول منتقل ٿين ٿا ۽ SiC اناج جي گهٽ ۾ گهٽ سطح جي آزاد توانائي (جهڙوڪ اناج جي چوٽي) تائين وڌندا آهن. مسلسل هدايتي واڌ آخرڪار فائبرس SiC ساخت جي خرابين کي ٺاهيندي آهي.

سي وي ڊي سي سي ڪوٽنگ جي تياري:

پهرين، گريفائيٽ سبسٽريٽ کي هڪ اعليٰ درجه حرارت واري ويڪيوم فرنس ۾ رکيو ويندو آهي ۽ راھ کي ڪڍڻ لاءِ هڪ Ar ماحول ۾ 1 ڪلاڪ لاءِ 1500 ℃ تي رکيو ويندو آهي. پوءِ گريفائيٽ بلاڪ کي 15x15x5mm جي بلاڪ ۾ ڪٽيو ويندو آهي، ۽ گريفائيٽ بلاڪ جي مٿاڇري کي 1200-ميش سينڊ پيپر سان پالش ڪيو ويندو آهي ته جيئن مٿاڇري جي سوراخن کي ختم ڪري سگهجي جيڪي SiC جي جمع کي متاثر ڪن ٿا. علاج ٿيل گريفائيٽ بلاڪ کي اينهائيڊروس ايٿانول ۽ ڊسٽلڊ پاڻي سان ڌوئي ويندو آهي، ۽ پوءِ سڪي وڃڻ لاءِ 100 ℃ تي تندور ۾ رکيو ويندو آهي. آخرڪار، گريفائيٽ سبسٽريٽ کي SiC جمع ڪرڻ لاءِ ٽيوبلر فرنس جي مکيه درجه حرارت واري علائقي ۾ رکيو ويندو آهي. ڪيميائي بخار جمع ڪرڻ واري نظام جو اسڪيميٽڪ ڊاگرام شڪل 1 ۾ ڏيکاريو ويو آهي.

جيسي وي ڊي سي سي ڪوٽنگان جي ذرڙن جي سائيز ۽ کثافت جو تجزيو ڪرڻ لاءِ اليڪٽران مائڪروسڪوپي کي اسڪين ڪندي ڏٺو ويو. ان کان علاوه، SiC ڪوٽنگ جي جمع ٿيڻ جي شرح هيٺ ڏنل فارمولي مطابق ڳڻپيو ويو: وي ايس آءِ سي = (م 2-م 1) / (سڪس ٽ) x 100٪ VSiC = جمع ڪرڻ جي شرح؛ m2–ڪوٽنگ نموني جو ماس (mg)؛ m1–سبسٽريٽ جو ماس (mg)؛ سبسٽريٽ جو S-مٿاڇرو علائقو (mm2)؛ t- جمع ڪرڻ جو وقت (h).   CVD-SiC نسبتاً پيچيده آهي، ۽ عمل جو خلاصو هن ريت ڪري سگهجي ٿو: تيز گرمي پد تي، MTS ڪاربن سورس ۽ سلڪون سورس ننڍڙا ماليڪيول ٺاهڻ لاءِ حرارتي خرابي مان گذرندو. ڪاربن سورس ننڍڙا ماليڪيول بنيادي طور تي CH3، C2H2 ۽ C2H4 شامل آهن، ۽ سلڪون سورس ننڍڙا ماليڪيول بنيادي طور تي SiCI2، SiCI3 وغيره شامل آهن؛ اهي ڪاربن سورس ۽ سلڪون سورس ننڍڙا ماليڪيول پوءِ ڪيريئر گيس ۽ ڊائلوئنٽ گيس ذريعي گريفائيٽ سبسٽريٽ جي مٿاڇري تي منتقل ڪيا ويندا، ۽ پوءِ اهي ننڍڙا ماليڪيول سبسٽريٽ جي مٿاڇري تي جذب جي صورت ۾ جذب ​​ڪيا ويندا، ۽ پوءِ ننڍن ماليڪيولن جي وچ ۾ ڪيميائي رد عمل ٿيندا ته جيئن ننڍڙا قطرا ٺهن جيڪي بتدريج وڌندا، ۽ قطرا به فيوز ٿيندا، ۽ رد عمل وچولي ضمني شين (HCl گئس) جي ٺهڻ سان گڏ هوندو؛ جڏهن گرمي پد 1000 ℃ تائين وڌي ٿو، ته SiC ڪوٽنگ جي کثافت تمام گهڻي بهتر ٿي وڃي ٿي. اهو ڏسي سگهجي ٿو ته گهڻو ڪري ڪوٽنگ SiC اناج (تقريبن 4μm سائيز) تي مشتمل آهي، پر ڪجهه ريشمي SiC نقص پڻ مليا آهن، جيڪو ظاهر ڪري ٿو ته هن گرمي پد تي اڃا تائين SiC جي هدايتي واڌ آهي، ۽ ڪوٽنگ اڃا تائين ڪافي گهاٽي نه آهي. جڏهن گرمي پد 1100 ℃ تائين وڌي ٿو، ته اهو ڏسي سگهجي ٿو ته SiC ڪوٽنگ تمام گهڻي گهاٽي آهي، ۽ ريشمي SiC نقص مڪمل طور تي غائب ٿي ويا آهن. ڪوٽنگ قطرن جي شڪل واري SiC ذرڙن تي مشتمل آهي جن جو قطر تقريباً 5 ~ 10μm آهي، جيڪي مضبوطيءَ سان گڏ ٿيل آهن. ذرڙن جي مٿاڇري تمام خراب آهي. اهو بيشمار نانو-اسڪيل SiC اناج تي مشتمل آهي. حقيقت ۾، 1100 ℃ تي CVD-SiC واڌ جو عمل ماس ٽرانسفر ڪنٽرول ٿي چڪو آهي. سبسٽريٽ جي مٿاڇري تي جذب ٿيل ننڍڙن ماليڪيولن ۾ نيوڪليئيٽ ٿيڻ ۽ SiC اناج ۾ وڌڻ لاءِ ڪافي توانائي ۽ وقت هوندو آهي. SiC اناج هڪجهڙائي سان وڏا قطرا ٺاهيندا آهن. مٿاڇري جي توانائي جي عمل هيٺ، گھڻا قطرا گول نظر اچن ٿا، ۽ قطرا مضبوطيءَ سان گڏ ٿي هڪ گهاٽي SiC ڪوٽنگ ٺاهيندا آهن. جڏهن گرمي پد 1200 ℃ تائين وڌي ٿو، ته SiC ڪوٽنگ پڻ گهڻ-ڀريل ٿي ويندي آهي، پر SiC مورفولوجي گھڻ-ڇڪيل ٿي ويندي آهي ۽ ڪوٽنگ جي مٿاڇري وڌيڪ سخت نظر ايندي آهي. جڏهن گرمي پد 1300 ℃ تائين وڌي ٿو، ته گريفائيٽ سبسٽريٽ جي مٿاڇري تي تقريبن 3μm قطر سان باقاعده گولائي ذرڙن جو هڪ وڏو تعداد ملي ٿو. اهو ئي سبب آهي ته هن گرمي پد تي، SiC گيس فيز نيوڪليشن ۾ تبديل ٿي چڪو آهي، ۽ MTS جي خراب ٿيڻ جي شرح تمام تيز آهي. ننڍڙن ماليڪيولز رد عمل ظاهر ڪيو آهي ۽ سبسٽريٽ جي مٿاڇري تي جذب ٿيڻ کان اڳ SiC اناج ٺاهڻ لاءِ نيوڪلائيز ڪيا آهن. اناج جي گولائي ذرڙن جي ٺهڻ کان پوءِ، اهي هيٺ لهي ويندا، آخرڪار هڪ ڍلو SiC ذرڙو ڪوٽنگ گهٽ کثافت سان. ظاهر آهي، 1300 ℃ کي گهڻ SiC ڪوٽنگ جي ٺهڻ واري درجه حرارت طور استعمال نٿو ڪري سگهجي. جامع مقابلو ڏيکاري ٿو ته جيڪڏهن گهڻ SiC ڪوٽنگ تيار ڪرڻي آهي، ته بهترين CVD جمع ڪرڻ جو گرمي پد 1100 ℃ آهي.

شڪل 3 مختلف جمع ٿيندڙ گرمي پد تي CVD SiC ڪوٽنگن جي جمع ٿيندڙ شرح ڏيکاري ٿي. جيئن جمع ٿيندڙ گرمي پد وڌندو آهي، SiC ڪوٽنگ جي جمع ٿيندڙ شرح بتدريج گهٽجي ويندي آهي. 900°C تي جمع ٿيندڙ شرح 0.352 mg·h-1/mm2 آهي، ۽ فائبرن جي هدايتي واڌ تيز ترين جمع ٿيندڙ شرح ڏانهن وٺي ويندي آهي. سڀ کان وڌيڪ کثافت واري ڪوٽنگ جي جمع ٿيندڙ شرح 0.179 mg·h-1/mm2 آهي. ڪجهه SiC ذرڙن جي جمع ٿيڻ جي ڪري، 1300°C تي جمع ٿيندڙ شرح گهٽ ۾ گهٽ آهي، صرف 0.027 mg·h-1/mm2.   نتيجو: بهترين CVD جمع ڪرڻ جو گرمي پد 1100 ℃ آهي. گهٽ درجه حرارت SiC جي هدايتي واڌ کي فروغ ڏئي ٿو، جڏهن ته وڌيڪ درجه حرارت SiC کي بخار جمع ڪرڻ جو سبب بڻائيندو آهي ۽ نتيجي ۾ ويران ڪوٽنگ پيدا ٿيندي آهي. جمع ڪرڻ جي درجه حرارت ۾ واڌ سان، جمع ڪرڻ جي شرحسي وي ڊي سي سي ڪوٽنگبتدريج گهٽجي ٿو.