Processo de preparação de cristal de semente em crescimento de cristal único de SiC

Carboneto de silício (SiC)O material tem as vantagens de um amplo bandgap, alta condutividade térmica, alta intensidade de campo de ruptura crítica e alta velocidade de deriva de elétrons saturados, tornando-o altamente promissor no campo de fabricação de semicondutores. Os monocristais de SiC são geralmente produzidos através do método de transporte físico de vapor (PVT). As etapas específicas deste método envolvem colocar pó de SiC no fundo de um cadinho de grafite e colocar um cristal de semente de SiC no topo do cadinho. O grafitecadinhoé aquecido à temperatura de sublimação do SiC, fazendo com que o pó de SiC se decomponha em substâncias da fase vapor, como vapor de Si, Si2C e SiC2. Sob a influência do gradiente de temperatura axial, essas substâncias vaporizadas sublimam até o topo do cadinho e condensam na superfície do cristal semente de SiC, cristalizando em monocristais de SiC.

Atualmente, o diâmetro do cristal-semente usado emCrescimento de cristal único de SiCprecisa corresponder ao diâmetro do cristal alvo. Durante o crescimento, o cristal da semente é fixado no porta-sementes na parte superior do cadinho com adesivo. No entanto, este método de fixação do cristal de semente pode levar a problemas como vazios na camada adesiva devido a fatores como a precisão da superfície do porta-sementes e a uniformidade do revestimento adesivo, o que pode resultar em defeitos de vazio hexagonal. Isso inclui melhorar o nivelamento da placa de grafite, aumentar a uniformidade da espessura da camada adesiva e adicionar uma camada tampão flexível. Apesar destes esforços, ainda existem problemas com a densidade da camada adesiva e existe o risco de desprendimento do cristal da semente. Ao adotar o método de colagem dobolachaao papel grafite e sobrepondo-o no topo do cadinho, a densidade da camada adesiva pode ser melhorada e o desprendimento do wafer pode ser evitado.

1. Esquema Experimental:
Os wafers usados ​​no experimento estão disponíveis comercialmenteWafers SiC tipo N de 6 polegadas. O fotorresiste é aplicado usando um spin coater. A adesão é obtida usando um forno de prensagem a quente de sementes desenvolvido pela própria empresa.

1.1 Esquema de Fixação do Cristal de Semente:
Atualmente, os esquemas de adesão de cristais de sementes de SiC podem ser divididos em duas categorias: tipo adesivo e tipo suspensão.

Esquema de tipo de adesivo (Figura 1): envolve a colagem doBolacha de SiCà placa de grafite com uma camada de papel de grafite como camada tampão para eliminar lacunas entre oBolacha de SiCe a placa de grafite. Na produção real, a força de ligação entre o papel de grafite e a placa de grafite é fraca, levando ao desprendimento frequente do cristal da semente durante o processo de crescimento em alta temperatura, resultando em falha de crescimento.

Esquema do tipo de suspensão (Figura 2): Normalmente, um filme denso de carbono é criado na superfície de ligação do wafer de SiC usando carbonização com cola ou métodos de revestimento. OBolacha de SiCé então preso entre duas placas de grafite e colocado no topo do cadinho de grafite, garantindo estabilidade enquanto o filme de carbono protege o wafer. No entanto, a criação da película de carbono através do revestimento é dispendiosa e não é adequada para produção industrial. O método de carbonização com cola produz uma qualidade de filme de carbono inconsistente, dificultando a obtenção de um filme de carbono perfeitamente denso e com forte adesão. Além disso, a fixação das placas de grafite reduz a área efetiva de crescimento do wafer, bloqueando parte de sua superfície.

Com base nos dois esquemas acima, é proposto um novo esquema de colagem e sobreposição (Figura 3):

Um filme de carbono relativamente denso é criado na superfície de ligação do wafer de SiC usando o método de carbonização com cola, garantindo que não haja grande vazamento de luz sob iluminação.
O wafer de SiC coberto com o filme de carbono é ligado ao papel de grafite, sendo a superfície de ligação o lado do filme de carbono. A camada adesiva deve parecer uniformemente preta sob a luz.
O papel de grafite é preso por placas de grafite e suspenso acima do cadinho de grafite para o crescimento do cristal.

1.2 Adesivo:
A viscosidade do fotorresistente afeta significativamente a uniformidade da espessura do filme. Na mesma velocidade de centrifugação, a viscosidade mais baixa resulta em filmes adesivos mais finos e mais uniformes. Portanto, um fotorresistente de baixa viscosidade é escolhido dentro dos requisitos da aplicação.

Durante o experimento, constatou-se que a viscosidade do adesivo carbonizante afeta a resistência de ligação entre o filme de carbono e o wafer. A alta viscosidade dificulta a aplicação uniforme usando um revestidor giratório, enquanto a baixa viscosidade resulta em fraca resistência de ligação, levando à quebra do filme de carbono durante os processos de colagem subsequentes devido ao fluxo do adesivo e à pressão externa. Através de pesquisa experimental, a viscosidade do adesivo carbonizante foi determinada em 100 mPa·s, e a viscosidade do adesivo de ligação foi ajustada em 25 mPa·s.

1.3 Vácuo de Trabalho:
O processo de criação do filme de carbono no wafer de SiC envolve a carbonização da camada adesiva na superfície do wafer de SiC, que deve ser realizada em ambiente protegido por vácuo ou argônio. Resultados experimentais mostram que um ambiente protegido com argônio é mais propício à criação de filme de carbono do que um ambiente de alto vácuo. Se for utilizado um ambiente de vácuo, o nível de vácuo deverá ser ≤1 Pa.

O processo de ligação do cristal semente de SiC envolve a ligação do wafer de SiC à placa de grafite/papel de grafite. Considerando o efeito erosivo do oxigênio nos materiais de grafite em altas temperaturas, este processo precisa ser conduzido sob condições de vácuo. O impacto de diferentes níveis de vácuo na camada adesiva foi estudado. Os resultados experimentais são apresentados na Tabela 1. Pode-se observar que em condições de baixo vácuo, as moléculas de oxigênio do ar não são completamente removidas, levando a camadas adesivas incompletas. Quando o nível de vácuo está abaixo de 10 Pa, o efeito erosivo das moléculas de oxigênio na camada adesiva é significativamente reduzido. Quando o nível de vácuo está abaixo de 1 Pa, o efeito erosivo é completamente eliminado.