Siliciumcarbide (SiC)materiaal heeft de voordelen van een grote bandafstand, hoge thermische geleidbaarheid, hoge kritische doorslagveldsterkte en hoge verzadigde elektronendriftsnelheid, waardoor het zeer veelbelovend is op het gebied van halfgeleiderproductie. SiC-eenkristallen worden over het algemeen geproduceerd via de fysieke damptransportmethode (PVT). De specifieke stappen van deze methode omvatten het plaatsen van SiC-poeder op de bodem van een grafietkroes en het plaatsen van een SiC-entkristal bovenaan de kroes. Het grafietsmeltkroeswordt verwarmd tot de sublimatietemperatuur van SiC, waardoor het SiC-poeder uiteenvalt in stoffen in de dampfase zoals Si-damp, Si2C en SiC2. Onder invloed van de axiale temperatuurgradiënt sublimeren deze verdampte stoffen naar de bovenkant van de smeltkroes en condenseren ze op het oppervlak van het SiC-entkristal, waarbij ze kristalliseren tot enkele SiC-kristallen.
Momenteel wordt de diameter van het gebruikte zaadkristal gebruiktSiC-eenkristalgroeimoet overeenkomen met de doelkristaldiameter. Tijdens de groei wordt het entkristal met behulp van lijm op de zaadhouder aan de bovenkant van de kroes bevestigd. Deze methode voor het fixeren van het zaadkristal kan echter leiden tot problemen zoals holtes in de lijmlaag als gevolg van factoren zoals de precisie van het oppervlak van de zaadhouder en de uniformiteit van de lijmlaag, wat kan resulteren in hexagonale holtedefecten. Deze omvatten het verbeteren van de vlakheid van de grafietplaat, het vergroten van de uniformiteit van de dikte van de lijmlaag en het toevoegen van een flexibele bufferlaag. Ondanks deze inspanningen zijn er nog steeds problemen met de dichtheid van de lijmlaag en bestaat het risico dat de zaadkristallen loskomen. Door de methode van het verlijmen van dewafeltjeop grafietpapier en overlappend aan de bovenkant van de smeltkroes, kan de dichtheid van de lijmlaag worden verbeterd en kan het loslaten van de wafel worden voorkomen.
1. Experimenteel schema:
De in het experiment gebruikte wafels zijn in de handel verkrijgbaar6-inch N-type SiC-wafels. Fotoresist wordt aangebracht met behulp van een spincoater. De hechting wordt bereikt met behulp van een zelfontwikkelde zaad-hetepersoven.
1.1 Zaadkristalfixatieschema:
Momenteel kunnen de SiC-zaadkristaladhesieschema's worden onderverdeeld in twee categorieën: het lijmtype en het suspensietype.
Schema lijmtype (Figuur 1): Dit omvat het verlijmen van deSiC-wafelop de grafietplaat met een laag grafietpapier als bufferlaag om gaten tussen de platen te eliminerenSiC-wafelen de grafietplaat. Bij de daadwerkelijke productie is de hechtsterkte tussen het grafietpapier en de grafietplaat zwak, wat leidt tot frequent loslaten van zaadkristallen tijdens het groeiproces bij hoge temperaturen, wat resulteert in groeimislukking.
Schema van het ophangingstype (Figuur 2): Normaal gesproken wordt er een dichte koolstoffilm gecreëerd op het hechtoppervlak van de SiC-wafel met behulp van lijmcarbonisatie- of coatingmethoden. DeSiC-wafelwordt vervolgens tussen twee grafietplaten geklemd en bovenaan de grafietkroes geplaatst, waardoor stabiliteit wordt gegarandeerd terwijl de koolstoffilm de wafel beschermt. Het creëren van de koolstoffilm door middel van coating is echter kostbaar en niet geschikt voor industriële productie. De lijmcarbonisatiemethode levert een inconsistente koolstoffilmkwaliteit op, waardoor het moeilijk wordt om een perfect dichte koolstoffilm met sterke hechting te verkrijgen. Bovendien vermindert het vastklemmen van de grafietplaten het effectieve groeioppervlak van de wafel door een deel van het oppervlak ervan te blokkeren.
Op basis van de bovenstaande twee schema's wordt een nieuw zelfklevend en overlappend schema voorgesteld (Figuur 3):
Er wordt een relatief dichte koolstoffilm gecreëerd op het hechtoppervlak van de SiC-wafel met behulp van de lijmcarbonisatiemethode, waardoor er geen grote lichtlekkage onder verlichting ontstaat.
De SiC-wafel bedekt met de koolstoffilm wordt gebonden aan grafietpapier, waarbij het hechtoppervlak de koolstoffilmzijde is. De lijmlaag moet onder licht gelijkmatig zwart lijken.
Het grafietpapier wordt vastgeklemd door grafietplaten en boven de grafietkroes opgehangen voor kristalgroei.
1.2 lijm:
De viscositeit van de fotoresist heeft een significante invloed op de uniformiteit van de filmdikte. Bij dezelfde spinsnelheid resulteert een lagere viscositeit in dunnere en uniformere lijmfilms. Daarom wordt binnen de toepassingseisen gekozen voor een fotoresist met een lage viscositeit.
Tijdens het experiment werd ontdekt dat de viscositeit van de carboniserende lijm de hechtsterkte tussen de koolstoffilm en de wafel beïnvloedt. Hoge viscositeit maakt het moeilijk om gelijkmatig aan te brengen met behulp van een spincoater, terwijl lage viscositeit resulteert in een zwakke hechtsterkte, wat leidt tot barsten van de koolstoffilm tijdens daaropvolgende hechtingsprocessen als gevolg van lijmstroom en externe druk. Via experimenteel onderzoek werd vastgesteld dat de viscositeit van de carboniserende lijm 100 mPa·s was, en de viscositeit van de bindende lijm werd ingesteld op 25 mPa·s.
1.3 Werkvacuüm:
Het proces van het maken van de koolstoffilm op de SiC-wafel omvat het carboniseren van de lijmlaag op het SiC-wafeloppervlak, wat moet worden uitgevoerd in een vacuüm of met argon beschermde omgeving. Experimentele resultaten laten zien dat een met argon beschermde omgeving gunstiger is voor het ontstaan van koolstoffilms dan een omgeving met hoog vacuüm. Als er een vacuümomgeving wordt gebruikt, moet het vacuümniveau ≤1 Pa zijn.
Het proces van het binden van het SiC-entkristal omvat het binden van de SiC-wafel aan de grafietplaat/grafietpapier. Gezien het erosieve effect van zuurstof op grafietmaterialen bij hoge temperaturen, moet dit proces onder vacuümomstandigheden worden uitgevoerd. De impact van verschillende vacuümniveaus op de lijmlaag werd bestudeerd. De experimentele resultaten worden weergegeven in Tabel 1. Het is te zien dat onder omstandigheden van laag vacuüm de zuurstofmoleculen in de lucht niet volledig worden verwijderd, wat leidt tot onvolledige lijmlagen. Wanneer het vacuümniveau lager is dan 10 Pa, wordt het eroderende effect van zuurstofmoleculen op de lijmlaag aanzienlijk verminderd. Wanneer het vacuümniveau lager is dan 1 Pa, wordt het eroderende effect volledig geëlimineerd.
Posttijd: 11 juni 2024