CVD SiC örtügi näme?
Himiki bug çökündisi (HBÇ) ýokary arassalykly gaty materiallary öndürmek üçin ulanylýan wakuum çökündisi prosesidir. Bu proses köplenç ýarymgeçiriji önümçilik pudagynda waferleriň ýüzünde inçe plýonkalar emele getirmek üçin ulanylýar. HBÇ arkaly kremniý karbidini taýýarlamak prosesinde substrat bir ýa-da birnäçe uçujy prekursorlara sezewar edilýär, olar substratyň ýüzünde himiki taýdan reaksiýa geçirip, islenýän kremniý karbid çökündilerini çökündirýär. Kremniý karbid materiallaryny taýýarlamagyň köp usullarynyň arasynda himiki bug çökündisi arkaly taýýarlanan önümler has ýokary birmeňzeşlige we arassalyga eýedir we bu usul güýçli proses dolandyrmaga eýedir. CVD kremniý karbid materiallary ajaýyp termal, elektrik we himiki häsiýetleriň özboluşly utgaşmasyna eýedir, bu bolsa olary ýokary öndürijilikli materiallaryň talap edilýän ýarymgeçiriji senagatynda ulanmak üçin örän amatly edýär. CVD kremniý karbid bölekleri aşgarlaýyş enjamlarynda, MOCVD enjamlarynda, Si epitaksial enjamlarynda we SiC epitaksial enjamlarynda, çalt termal gaýtadan işleýän enjamlarda we beýleki ugurlarda giňden ulanylýar.
Bu makala taýýarlamak döwründe dürli temperaturalarda ösdürilip ýetişdirilen inçe plýonkalaryň hilini seljermäge gönükdirilendirCVD SiC örtügi, şeýlelik bilen iň amatly proses temperaturasyny saýlamak üçin. Synagda substrat hökmünde grafit we reaksiýa çeşmesi gazy hökmünde trihlormetilsilan (MTS) ulanylýar. SiC örtügi pes basyşly CVD prosesi arkaly çökdürilýär we mikromorfologiýasyCVD SiC örtügigurluş dykyzlygyny seljermek üçin skanerleýji elektron mikroskopiýasy arkaly syn edilýär.
Grafit substratynyň ýüzüniň temperaturasy örän ýokary bolany üçin, aralyk gaz desorbsiýa edilip, substrat ýüzünden çykarylar we ahyrsoňy substrat ýüzünde galan C we Si SiC örtügini emele getirmek üçin berk fazaly SiC emele getirer. Ýokardaky CVD-SiC ösüş prosesine görä, temperaturanyň gazyň diffuziýasyna, MTS-iň parçalanmagyna, damjalaryň emele gelmegine we aralyk gazyň desorbsiýasyna we çykarylmagyna täsir etjekdigini görmek bolýar, şonuň üçin çökündi temperaturasy SiC örtüginiň morfologiýasynda esasy rol oýnar. Örtügiň mikroskopiki morfologiýasy örtügiň dykyzlygynyň iň intuitiw görnüşidir. Şonuň üçin dürli çökündi temperaturalarynyň CVD SiC örtüginiň mikroskopiki morfologiýasyna täsirini öwrenmek zerurdyr. MTS SiC örtügini 900 ~ 1600℃ aralygynda parçalap we çökdürip bilýändigi üçin, bu tejribe temperaturanyň CVD-SiC örtügine täsirini öwrenmek üçin SiC örtügini taýýarlamak üçin 900℃, 1000℃, 1100℃, 1200℃ we 1300℃ bäş çökündi temperaturasyny saýlaýar. Anyk parametrler 3-nji tablisada görkezilen. 2-nji suratda dürli çökündi temperaturalarynda ösdürilip ýetişdirilen CVD-SiC örtüginiň mikroskopiki morfologiýasy görkezilýär.
Çökündi temperaturasy 900℃ bolanda, ähli SiC süýüm şekillerine ösýär. Bir süýümiň diametriniň takmynan 3,5μm, onuň tarap gatnaşygynyň bolsa takmynan 3 (<10) bolýandygyny görmek bolýar. Mundan başga-da, ol san-sajaksyz nano-SiC bölejiklerinden ybarat, şonuň üçin ol polikristal SiC gurluşyna degişlidir, bu bolsa däp bolan SiC nanosimlerinden we birkristal SiC murtlylaryndan tapawutlanýar. Bu süýümli SiC, akyl almaz proses parametrleri sebäpli dörän gurluş kemçiligidir. Bu SiC örtüginiň gurluşynyň deňeşdirme boýunça boşdugyny we süýümli SiC arasynda köp sanly gözenekleriň bardygyny we dykyzlygynyň örän pesdigini görmek bolýar. Şonuň üçin bu temperatura dykyz SiC örtüklerini taýýarlamak üçin amatly däl. Adatça, süýümli SiC gurluş kemçilikleri çökündi temperaturasynyň gaty pes bolmagyndan ýüze çykýar. Pes temperaturada, substratyň ýüzünde adsorbsiýa edilen kiçi molekulalar pes energiýa we göçme ukyby pes bolýar. Şonuň üçin kiçi molekulalar göçmäge we SiC dänejikleriniň (dänejikleriň ujy ýaly) iň pes ýüz erkin energiýasyna çenli ösmäge meýilli bolýarlar. Üznüksiz ugurly ösüş ahyrsoňy süýümli SiC gurluş kemçiliklerini emele getirýär.
CVD SiC örtügini taýýarlamak:
Ilki bilen, grafit substraty ýokary temperaturaly wakuum peçine goýulýar we kül aýyrmak üçin Ar atmosferasynda 1 sagatlap 1500℃ temperaturada saklanýar. Soňra grafit blok 15x15x5mm ölçegli bloka kesilýär we SiC çökündisine täsir edýän ýüz gözeneklerini aýyrmak üçin grafit blokynyň ýüzi 1200 torly zympara kagyzy bilen jylaňlanýar. Işlenen grafit blok suwsuz etanol we distille suw bilen ýuwulýar we soňra guradylmak üçin 100℃ temperaturada peje goýulýar. Ahyrsoňy, grafit substraty SiC çökündisi üçin turba pejiniň esasy temperatura zolagyna goýulýar. Himiki bug çökündisi ulgamynyň shematiki diagrammasy 1-nji suratda görkezilen.
TheCVD SiC örtügionuň bölejikleriniň ululygyny we dykyzlygyny seljermek üçin skanerleýji elektron mikroskopiýasy arkaly syn edildi. Mundan başga-da, SiC örtüginiň çökme tizligi aşakdaky formula boýunça hasaplandy: VSiC=(m2-m1)/(Sxt)x100% VSiC=Çöküntü tizligi; m2–örtük nusgasynyň massasy (mg); m1–substratyň massasy (mg); S-substratyň ýüz meýdany (mm2); t- çökdürme wagty (h). CVD-SiC deňeşdirme boýunça çylşyrymly we bu prosesi aşakdaky ýaly gysgaça beýan edip bolýar: ýokary temperaturada MTS uglerod çeşmesiniň we kremniý çeşmesiniň kiçi molekulalaryny emele getirmek üçin termiki parçalanmadan geçýär. Uglerod çeşmesiniň kiçi molekulalary esasan CH3, C2H2 we C2H4-i öz içine alýar, kremniý çeşmesiniň kiçi molekulalary bolsa esasan SiCI2, SiCI3 we ş.m.-ni öz içine alýar; bu uglerod çeşmesiniň we kremniý çeşmesiniň kiçi molekulalary soňra daşaýjy gaz we eridiji gaz arkaly grafit substratynyň ýüzüne daşalýar, soňra bu kiçi molekulalar substratyň ýüzünde adsorbsiýa görnüşinde adsorbsiýa edilýär, soňra kiçi molekulalaryň arasynda himiki reaksiýalar bolup, kiçi damjalary emele getirýär, olar bolsa kem-kemden ösýär we damjalar hem birleşýär we reaksiýa aralyk önümleriň (HCl gazy) emele gelmegi bilen utgaşýar; Temperatura 1000 ℃-e ýetende, SiC örtüginiň dykyzlygy ep-esli ýokarlanýar. Örtügiň köp böleginiň SiC dänejiklerinden (takmynan 4μm ölçegde) ybaratdygyny görmek bolýar, ýöne käbir süýümli SiC kemçilikleri hem bar, bu bolsa bu temperaturada SiC-iň ugurly ösüşini dowam edýändigini we örtügiň henizem ýeterlik derejede dykyz däldigini görkezýär. Temperatura 1100 ℃-e ýetende, SiC örtüginiň örän dykyzdygyny we süýümli SiC kemçilikleriniň doly ýitip gidendigini görmek bolýar. Örtük diametri takmynan 5 ~ 10μm bolan damja görnüşli SiC bölejiklerinden ybarat bolup, olar berk birleşýär. Bölejikleriň ýüzi örän gödek. Ol san-sajaksyz nano ölçegli SiC dänejiklerinden ybarat. Aslynda, 1100 ℃-de CVD-SiC ösüş prosesi massa geçişini gözegçilik astyna aldy. Substratyň ýüzünde adsorbsiýa edilen kiçi molekulalar ýadrolanyp, SiC dänejiklerine öwrülmek üçin ýeterlik energiýa we wagta eýedir. SiC dänejikleri deň derejede uly damjajyklary emele getirýär. Ýerüsti energiýanyň täsiri astynda damjalaryň köpüsi sferiki görnüşde görünýär we damjalar berk birleşip, dykyz SiC örtügini emele getirýär. Temperatura 1200℃-e ýetende, SiC örtügi hem dykyz bolýar, ýöne SiC morfologiýasy köp gyraly bolýar we örtügiň ýüzi has gödek görünýär. Temperatura 1300℃-e ýetende, grafit substratynyň ýüzünde diametri takmynan 3μm bolan köp sanly adaty sferiki bölejikler tapylýar. Sebäbi bu temperaturada SiC gaz fazaly ýadrolanmaga öwrülýär we MTS-iň parçalanma tizligi örän çalt bolýar. Kiçi molekulalar substratyň ýüzünde adsorbsiýa bolmazdan öň SiC dänejiklerini emele getirmek üçin reaksiýa girip, ýadrolanýarlar. Dänejikler sferiki bölejikleri emele getirenden soň, olar aşak düşýärler we netijede pes dykyzlykly boş SiC dänejik örtügi emele gelýär. Elbetde, 1300℃ dykyz SiC örtüginiň emele getirme temperaturasy hökmünde ulanylyp bilinmez. Giňişleýin deňeşdirme, dykyz SiC örtügi taýýarlanmaly bolsa, iň gowy CVD çökündi temperaturasynyň 1100℃ bolýandygyny görkezýär.
3-nji suratda dürli çökündi temperaturalarynda CVD SiC örtükleriniň çökündi tizligi görkezilýär. Çökündi temperaturasy ýokarlananda, SiC örtüginiň çökündi tizligi kem-kemden azalýar. 900°C-da çökündi tizligi 0,352 mg·sag-1/mm2, süýümleriň ugur boýunça ösmegi bolsa iň çalt çökündi tizligine getirýär. Iň ýokary dykyzlyga eýe bolan örtügiň çökündi tizligi 0,179 mg·sag-1/mm2. Käbir SiC bölejikleriniň çökündisi sebäpli, 1300°C-da çökündi tizligi iň pes, diňe 0,027 mg·sag-1/mm2. Netije: Iň gowy CVD çökündi temperaturasy 1100℃. Pes temperatura SiC-niň ugur boýunça ösmegine ýardam edýär, ýokary temperatura bolsa SiC-niň bug çökündisini döretmegine we seýrek örtük emele gelmegine sebäp bolýar. Çökündi temperaturasynyň ýokarlanmagy bilen çökündi tizligiCVD SiC örtügikem-kemden azalýar.
Ýerleşdirilen wagty: 2025-nji ýylyň 26-njy maýy