CVD SiC ආලේපනයේ වර්ධනයට විවිධ උෂ්ණත්වවල බලපෑම

CVD SiC ආලේපනය යනු කුමක්ද?

රසායනික වාෂ්ප තැන්පත් කිරීම (CVD) යනු අධි-පිරිසිදු ඝන ද්‍රව්‍ය නිපදවීමට භාවිතා කරන රික්තක තැන්පත් කිරීමේ ක්‍රියාවලියකි. මෙම ක්‍රියාවලිය බොහෝ විට අර්ධ සන්නායක නිෂ්පාදන ක්ෂේත්‍රයේ වේෆර් මතුපිට තුනී පටල සෑදීම සඳහා භාවිතා කරයි. CVD මගින් සිලිකන් කාබයිඩ් සකස් කිරීමේ ක්‍රියාවලියේදී, උපස්ථරය වාෂ්පශීලී පූර්වගාමීන් එකකට හෝ කිහිපයකට නිරාවරණය වන අතර, ඒවා උපස්ථරයේ මතුපිට රසායනිකව ප්‍රතික්‍රියා කර අපේක්ෂිත සිලිකන් කාබයිඩ් තැන්පතු තැන්පත් කරයි. සිලිකන් කාබයිඩ් ද්‍රව්‍ය සකස් කිරීම සඳහා ඇති බොහෝ ක්‍රම අතර, රසායනික වාෂ්ප තැන්පත් කිරීම මගින් සකස් කරන ලද නිෂ්පාදන ඉහළ ඒකාකාරිත්වයක් සහ සංශුද්ධතාවයක් ඇති අතර, මෙම ක්‍රමයට ශක්තිමත් ක්‍රියාවලි පාලනය කිරීමේ හැකියාව ඇත. CVD සිලිකන් කාබයිඩ් ද්‍රව්‍ය විශිෂ්ට තාප, විද්‍යුත් සහ රසායනික ගුණාංගවල අද්විතීය සංයෝජනයක් ඇති අතර, ඉහළ කාර්ය සාධන ද්‍රව්‍ය අවශ්‍ය වන අර්ධ සන්නායක කර්මාන්තයේ භාවිතය සඳහා ඒවා ඉතා සුදුසු වේ. CVD සිලිකන් කාබයිඩ් සංරචක කැටයම් උපකරණ, MOCVD උපකරණ, Si එපිටැක්සියල් උපකරණ සහ SiC එපිටැක්සියල් උපකරණ, වේගවත් තාප සැකසුම් උපකරණ සහ අනෙකුත් ක්ෂේත්‍රවල බහුලව භාවිතා වේ.

මෙම ලිපියෙන් අවධානය යොමු කරන්නේ, සකස් කිරීමේදී විවිධ ක්‍රියාවලි උෂ්ණත්වවලදී වගා කරන ලද තුනී පටලවල ගුණාත්මකභාවය විශ්ලේෂණය කිරීම කෙරෙහි ය.CVD SiC ආලේපනය, වඩාත් සුදුසු ක්‍රියාවලි උෂ්ණත්වය තෝරා ගැනීම සඳහා. අත්හදා බැලීමේදී උපස්ථරය ලෙස ග්‍රැෆයිට් සහ ප්‍රතික්‍රියා ප්‍රභව වායුව ලෙස ට්‍රයික්ලෝරෝමෙතිල්සිලේන් (MTS) භාවිතා කරයි. SiC ආලේපනය අඩු පීඩන CVD ක්‍රියාවලිය මගින් තැන්පත් කරනු ලබන අතර, එහි ක්ෂුද්‍ර රූප විද්‍යාවCVD SiC ආලේපනයඑහි ව්‍යුහාත්මක ඝනත්වය විශ්ලේෂණය කිරීම සඳහා ඉලෙක්ට්‍රෝන අන්වීක්ෂය පරිලෝකනය කිරීමෙන් නිරීක්ෂණය කෙරේ.

ග්‍රැෆයිට් උපස්ථරයේ මතුපිට උෂ්ණත්වය ඉතා ඉහළ බැවින්, අතරමැදි වායුව උපස්ථර මතුපිටින් අවශෝෂණය කර මුදා හරිනු ලබන අතර, අවසානයේ උපස්ථර මතුපිට ඉතිරිව ඇති C සහ Si ඝන අවධියේ SiC සාදනු ලබන අතර SiC ආලේපනයක් සාදයි. ඉහත CVD-SiC වර්ධන ක්‍රියාවලියට අනුව, උෂ්ණත්වය වායුවේ විසරණය, MTS වියෝජනය, ජල බිඳිති සෑදීම සහ අතරමැදි වායුවේ අවශෝෂණය සහ විසර්ජනය කෙරෙහි බලපාන බව දැකිය හැකිය, එබැවින් තැන්පත් උෂ්ණත්වය SiC ආලේපනයේ රූප විද්‍යාවේ ප්‍රධාන කාර්යභාරයක් ඉටු කරනු ඇත. ආලේපනයේ අන්වීක්ෂීය රූප විද්‍යාව ආලේපනයේ ඝනත්වයේ වඩාත්ම අවබෝධාත්මක ප්‍රකාශනයයි. එබැවින්, CVD SiC ආලේපනයේ අන්වීක්ෂීය රූප විද්‍යාවට විවිධ තැන්පත් උෂ්ණත්වවල බලපෑම අධ්‍යයනය කිරීම අවශ්‍ය වේ. MTS හට SiC ආලේපනය 900~1600℃ අතර දිරාපත් කර තැන්පත් කළ හැකි බැවින්, මෙම අත්හදා බැලීම CVD-SiC ආලේපනය මත උෂ්ණත්වයේ බලපෑම අධ්‍යයනය කිරීම සඳහා SiC ආලේපනය සකස් කිරීම සඳහා 900℃, 1000℃, 1100℃, 1200℃ සහ 1300℃ යන තැන්පත් කිරීමේ උෂ්ණත්ව පහක් තෝරා ගනී. නිශ්චිත පරාමිතීන් වගුව 3 හි දක්වා ඇත. විවිධ තැන්පත් කිරීමේ උෂ්ණත්වවලදී වගා කරන ලද CVD-SiC ආලේපනයේ අන්වීක්ෂීය රූප විද්‍යාව රූපය 2 හි දැක්වේ.

තැන්පත් වීමේ උෂ්ණත්වය සෙල්සියස් අංශක 900 ක් වන විට, සියලුම SiC තන්තු හැඩයන් බවට වර්ධනය වේ. තනි තන්තුවක විෂ්කම්භය 3.5μm පමණ වන අතර එහි දර්ශන අනුපාතය 3 (<10) පමණ වන බව දැකිය හැකිය. එපමණක් නොව, එය ගණන් කළ නොහැකි නැනෝ-SiC අංශු වලින් සමන්විත වන බැවින් එය බහු ස්ඵටික SiC ව්‍යුහයකට අයත් වන අතර එය සාම්ප්‍රදායික SiC නැනෝ වයර් සහ තනි-ස්ඵටික SiC උඩු රැවුලට වඩා වෙනස් වේ. මෙම තන්තුමය SiC යනු අසාධාරණ ක්‍රියාවලි පරාමිතීන් නිසා ඇතිවන ව්‍යුහාත්මක දෝෂයකි. මෙම SiC ආලේපනයේ ව්‍යුහය සාපේක්ෂව ලිහිල් බවත්, තන්තුමය SiC අතර සිදුරු විශාල සංඛ්‍යාවක් ඇති බවත්, ඝනත්වය ඉතා අඩු බවත් දැකිය හැකිය. එබැවින්, මෙම උෂ්ණත්වය ඝන SiC ආලේපන සකස් කිරීම සඳහා සුදුසු නොවේ. සාමාන්‍යයෙන්, තන්තුමය SiC ව්‍යුහාත්මක දෝෂ ඇති වන්නේ ඉතා අඩු තැන්පත් වීමේ උෂ්ණත්වය නිසාය. අඩු උෂ්ණත්වවලදී, උපස්ථරයේ මතුපිට අවශෝෂණය කර ඇති කුඩා අණු අඩු ශක්තියක් සහ දුර්වල සංක්‍රමණ හැකියාව ඇත. එබැවින්, කුඩා අණු සංක්‍රමණය වී SiC ධාන්‍යවල අවම මතුපිට නිදහස් ශක්තියට (ධාන්‍යයේ කෙළවර වැනි) වර්ධනය වීමට නැඹුරු වේ. අඛණ්ඩ දිශානුගත වර්ධනය අවසානයේ තන්තුමය SiC ව්‍යුහාත්මක දෝෂ ඇති කරයි.

CVD SiC ආලේපනය සකස් කිරීම:

පළමුව, මිනිරන් උපස්ථරය ඉහළ උෂ්ණත්ව රික්ත උදුනක තබා අළු ඉවත් කිරීම සඳහා Ar වායුගෝලයේ පැය 1 ක් 1500℃ උෂ්ණත්වයේ තබා ඇත. ඉන්පසු මිනිරන් කුට්ටිය 15x15x5mm කුට්ටියකට කපා, SiC තැන්පත් වීමට බලපාන මතුපිට සිදුරු ඉවත් කිරීම සඳහා මිනිරන් කුට්ටියේ මතුපිට 1200-දැල් වැලි කඩදාසියකින් ඔප දමනු ලැබේ. ප්‍රතිකාර කරන ලද මිනිරන් කුට්ටිය නිර්ජලීය එතනෝල් සහ ආසවනය කළ ජලයෙන් සෝදා, පසුව වියළීම සඳහා 100℃ උඳුනක තබනු ලැබේ. අවසාන වශයෙන්, මිනිරන් උපස්ථරය SiC තැන්පත් කිරීම සඳහා නල උදුනේ ප්‍රධාන උෂ්ණත්ව කලාපයේ තබා ඇත. රසායනික වාෂ්ප තැන්පත් කිරීමේ පද්ධතියේ ක්‍රමානුරූප රූප සටහන රූපය 1 හි දක්වා ඇත.

එමCVD SiC ආලේපනයඑහි අංශු ප්‍රමාණය සහ ඝනත්වය විශ්ලේෂණය කිරීම සඳහා ඉලෙක්ට්‍රෝන අන්වීක්ෂය පරිලෝකනය කිරීමෙන් නිරීක්ෂණය කරන ලදී. ඊට අමතරව, SiC ආලේපනයේ තැන්පත් වීමේ අනුපාතය පහත සූත්‍රයට අනුව ගණනය කරන ලදී: VSiC=(m2-m1)/(Sxt)x100% VSiC=තැන්පතු අනුපාතය; m2–ආලේපන සාම්පලයේ ස්කන්ධය (mg); උපස්ථරයේ m1–ස්කන්ධය (mg); උපස්ථරයේ S-මතුපිට වර්ගඵලය (mm2); t- තැන්පත් වීමේ කාලය (h).   CVD-SiC සාපේක්ෂව සංකීර්ණ වන අතර, ක්‍රියාවලිය පහත පරිදි සාරාංශගත කළ හැකිය: ඉහළ උෂ්ණත්වයකදී, MTS කාබන් ප්‍රභවය සහ සිලිකන් ප්‍රභවය කුඩා අණු සෑදීමට තාප වියෝජනයට ලක් වේ. කාබන් ප්‍රභව කුඩා අණු වලට ප්‍රධාන වශයෙන් CH3, C2H2 සහ C2H4 ඇතුළත් වන අතර සිලිකන් ප්‍රභව කුඩා අණු වලට ප්‍රධාන වශයෙන් SiCI2, SiCI3 යනාදිය ඇතුළත් වේ; මෙම කාබන් ප්‍රභවය සහ සිලිකන් ප්‍රභව කුඩා අණු පසුව වාහක වායුව සහ තනුක වායුව මගින් ග්‍රැෆයිට් උපස්ථරයේ මතුපිටට ප්‍රවාහනය කරනු ලැබේ, ඉන්පසු මෙම කුඩා අණු උපස්ථරයේ මතුපිටට අවශෝෂණය කිරීමේ ස්වරූපයෙන් අවශෝෂණය කරනු ලැබේ, ඉන්පසු කුඩා අණු අතර රසායනික ප්‍රතික්‍රියා සිදු වී ක්‍රමයෙන් වර්ධනය වන කුඩා ජල බිඳිති සෑදේ, සහ ජල බිඳිති ද විලයනය වන අතර ප්‍රතික්‍රියාව අතරමැදි අතුරු නිෂ්පාදන (HCl වායුව) සෑදීම සමඟ සිදු වේ; උෂ්ණත්වය 1000 ℃ දක්වා ඉහළ යන විට, SiC ආලේපනයේ ඝනත්වය බෙහෙවින් වැඩි දියුණු වේ. ආලේපනයෙන් වැඩි කොටසක් SiC ධාන්‍ය වලින් (ප්‍රමාණයෙන් 4μm පමණ) සමන්විත බව දැකිය හැකි නමුත්, සමහර තන්තුමය SiC දෝෂ ද දක්නට ලැබෙන අතර, එයින් පෙන්නුම් කරන්නේ මෙම උෂ්ණත්වයේ දී SiC හි දිශානුගත වර්ධනයක් තවමත් පවතින බවත්, ආලේපනය තවමත් ප්‍රමාණවත් තරම් ඝන නොවන බවත්ය. උෂ්ණත්වය 1100 ℃ දක්වා ඉහළ යන විට, SiC ආලේපනය ඉතා ඝන බව දැකිය හැකි අතර, තන්තුමය SiC දෝෂ සම්පූර්ණයෙන්ම අතුරුදහන් වී ඇත. ආලේපනය 5~10μm පමණ විෂ්කම්භයක් සහිත ජල බිඳිති හැඩැති SiC අංශු වලින් සමන්විත වන අතර ඒවා තදින් ඒකාබද්ධ වේ. අංශු මතුපිට ඉතා රළු ය. එය අසංඛ්‍යාත නැනෝ-පරිමාණ SiC ධාන්‍ය වලින් සමන්විත වේ. ඇත්ත වශයෙන්ම, 1100 ℃ හි CVD-SiC වර්ධන ක්‍රියාවලිය ස්කන්ධ හුවමාරුව පාලනය කර ඇත. උපස්ථරයේ මතුපිට අවශෝෂණය කර ඇති කුඩා අණු න්‍යෂ්ටිකකරණය වී SiC ධාන්‍ය බවට වර්ධනය වීමට ප්‍රමාණවත් ශක්තියක් සහ කාලයක් ඇත. SiC ධාන්‍ය ඒකාකාරව විශාල ජල බිඳිති සාදයි. මතුපිට ශක්තියේ ක්‍රියාකාරිත්වය යටතේ, බොහෝ ජල බිඳිති ගෝලාකාර ලෙස දිස්වන අතර, ජල බිඳිති තදින් ඒකාබද්ධ වී ඝන SiC ආලේපනයක් සාදයි. උෂ්ණත්වය 1200℃ දක්වා ඉහළ යන විට, SiC ආලේපනය ද ඝන වේ, නමුත් SiC රූප විද්‍යාව බහු-කඳු සහිත වන අතර ආලේපනයේ මතුපිට රළු ලෙස පෙනේ. උෂ්ණත්වය 1300℃ දක්වා වැඩි වන විට, ග්‍රැෆයිට් උපස්ථරයේ මතුපිට 3μm පමණ විෂ්කම්භයක් සහිත නිත්‍ය ගෝලාකාර අංශු විශාල සංඛ්‍යාවක් දක්නට ලැබේ. මෙයට හේතුව මෙම උෂ්ණත්වයේ දී SiC වායු අවධි න්‍යෂ්ටිය බවට පරිවර්තනය වී ඇති අතර MTS වියෝජන අනුපාතය ඉතා වේගවත් වීමයි. උපස්ථර මතුපිටට අවශෝෂණය වීමට පෙර කුඩා අණු ප්‍රතික්‍රියා කර න්‍යෂ්ටිකකරණය කර SiC ධාන්‍ය සාදයි. ධාන්‍ය ගෝලාකාර අංශු සෑදූ පසු, ඒවා පහළට වැටෙනු ඇත, අවසානයේ දුර්වල ඝනත්වයක් සහිත ලිහිල් SiC අංශු ආලේපනයක් ඇති වේ. පැහැදිලිවම, ඝන SiC ආලේපනයේ සෑදීමේ උෂ්ණත්වය ලෙස 1300℃ භාවිතා කළ නොහැක. පුළුල් සංසන්දනයකින් පෙන්නුම් කරන්නේ ඝන SiC ආලේපනය සකස් කිරීමට නම්, ප්‍රශස්ත CVD තැන්පත් කිරීමේ උෂ්ණත්වය 1100℃ බවයි.

විවිධ තැන්පත් කිරීමේ උෂ්ණත්වවලදී CVD SiC ආලේපන තැන්පත් කිරීමේ අනුපාතය රූපය 3 හි දැක්වේ. තැන්පත් කිරීමේ උෂ්ණත්වය වැඩි වන විට, SiC ආලේපනයේ තැන්පත් කිරීමේ අනුපාතය ක්‍රමයෙන් අඩු වේ. 900°C දී තැන්පත් කිරීමේ අනුපාතය 0.352 mg·h-1/mm2 වන අතර, තන්තු වල දිශානුගත වර්ධනය වේගවත්ම තැන්පත් කිරීමේ අනුපාතයට මග පාදයි. ඉහළම ඝනත්වය සහිත ආලේපනයේ තැන්පත් කිරීමේ අනුපාතය 0.179 mg·h-1/mm2 වේ. සමහර SiC අංශු තැන්පත් වීම නිසා, 1300°C දී තැන්පත් කිරීමේ අනුපාතය අවම වේ, 0.027 mg·h-1/mm2 පමණි.   නිගමනය: හොඳම CVD තැන්පත් කිරීමේ උෂ්ණත්වය 1100℃ වේ. අඩු උෂ්ණත්වය SiC හි දිශානුගත වර්ධනය ප්‍රවර්ධනය කරන අතර ඉහළ උෂ්ණත්වය SiC වාෂ්ප තැන්පත් වීම නිපදවීමට හේතු වන අතර එමඟින් විරල ආලේපනයක් ඇති වේ. තැන්පත් වීමේ උෂ්ණත්වය වැඩි වීමත් සමඟ, තැන්පත් වීමේ අනුපාතයCVD SiC ආලේපනයක්‍රමයෙන් අඩු වේ.