SiC Tebal CVD Kemurnian Tinggi: Wawasan Proses untuk Pertumbuhan Material

1. KonvensionalCVD SiCProses Deposisi

Proses CVD standar untuk menyimpan lapisan SiC melibatkan serangkaian langkah yang dikontrol dengan cermat:

Pemanas:Tungku CVD dipanaskan hingga suhu antara 100-160°C.

Pemuatan Substrat:Substrat grafit (mandrel) ditempatkan pada platform berputar di dalam ruang pengendapan.

Vakum dan Pembersihan:Ruangan tersebut dievakuasi dan dibersihkan dengan gas argon (Ar) dalam beberapa siklus.

Kontrol Pemanasan dan Tekanan:Ruang dipanaskan sampai suhu deposisi di bawah vakum terus menerus. Setelah mencapai temperatur yang diinginkan, dipertahankan waktu penahanan sebelum memasukkan gas Ar hingga mencapai tekanan 40-60 kPa. Ruangan itu kemudian dievakuasi lagi.

Pengenalan Gas Prekursor:Campuran hidrogen (H2), argon (Ar), dan gas hidrokarbon (alkana) dimasukkan ke dalam ruang pemanasan awal, bersama dengan prekursor klorosilan (biasanya silikon tetraklorida, SiCl4). Campuran gas yang dihasilkan kemudian dimasukkan ke dalam ruang reaksi.

Deposisi dan Pendinginan:Setelah pengendapan selesai, aliran H2, klorosilan, dan alkana dihentikan. Aliran argon dipertahankan untuk membersihkan ruangan sambil mendingin. Terakhir, ruangan dibawa ke tekanan atmosfer, dibuka, dan substrat grafit berlapis SiC dihilangkan.

2. Aplikasi TebalCVD SiCLapisan

Lapisan SiC berdensitas tinggi dengan ketebalan melebihi 1 mm dapat diterapkan secara kritis dalam:

Manufaktur Semikonduktor:Sebagai cincin fokus (FR) dalam sistem etsa kering untuk fabrikasi sirkuit terpadu.

Optik dan Dirgantara:Lapisan SiC dengan transparansi tinggi digunakan pada cermin optik dan jendela pesawat ruang angkasa.

Aplikasi ini menuntut material berkinerja tinggi, menjadikan SiC tebal sebagai produk bernilai tinggi dengan potensi ekonomi yang signifikan.

3. Karakteristik Target untuk Kelas SemikonduktorCVD SiC

CVD SiCuntuk aplikasi semikonduktor, khususnya untuk cincin fokus, memerlukan sifat material yang ketat:

Kemurnian Tinggi:SiC polikristalin dengan tingkat kemurnian 99,9999% (6N).

Kepadatan Tinggi:Struktur mikro yang padat dan bebas pori sangat penting.

Konduktivitas Termal Tinggi:Nilai teoritis mendekati 490 W/m·K, dengan nilai praktis berkisar antara 200-400 W/m·K.

Resistivitas Listrik Terkendali:Nilai yang diinginkan antara 0,01-500 Ω.cm.

Resistensi Plasma dan Kelambanan Kimia:Penting untuk menahan lingkungan etsa yang agresif.

Kekerasan Tinggi:Kekerasan bawaan SiC (~3000 kg/mm2) memerlukan teknik pemesinan khusus.

Struktur Polikristalin Kubik:Diinginkan 3C-SiC (β-SiC) yang berorientasi preferensial dengan orientasi kristalografi dominan (111).

4. Proses CVD untuk Film Tebal 3C-SiC

Metode yang disukai untuk menyimpan film tebal 3C-SiC untuk cincin fokus adalah CVD, menggunakan parameter berikut:

Seleksi Prekursor:Methyltrichlorosilane (MTS) umumnya digunakan, menawarkan rasio molar 1:1 Si/C untuk deposisi stoikiometri. Namun, beberapa produsen mengoptimalkan rasio Si:C (1:1.1 hingga 1:1.4) untuk meningkatkan ketahanan plasma, yang berpotensi berdampak pada distribusi ukuran butir dan orientasi pilihan.

Gas Pembawa:Hidrogen (H2) bereaksi dengan spesies yang mengandung klor, sedangkan argon (Ar) bertindak sebagai gas pembawa untuk MTS dan mengencerkan campuran gas untuk mengontrol laju deposisi.

5. Sistem CVD untuk Aplikasi Cincin Fokus

Representasi skematis dari sistem CVD tipikal untuk menyimpan 3C-SiC untuk cincin fokus disajikan. Namun, sistem produksi terperinci seringkali dirancang khusus dan merupakan hak milik.

6. Kesimpulan

Produksi lapisan SiC tebal dan kemurnian tinggi melalui CVD adalah proses kompleks yang memerlukan kontrol presisi terhadap berbagai parameter. Karena permintaan akan material berkinerja tinggi ini terus meningkat, upaya penelitian dan pengembangan yang sedang berlangsung berfokus pada optimalisasi teknik CVD untuk memenuhi persyaratan ketat fabrikasi semikonduktor generasi mendatang dan aplikasi berat lainnya.**