SiC épais CVD de haute pureté : informations sur les processus pour la croissance des matériaux

1. ConventionnelCVD SiCProcessus de dépôt

Le processus CVD standard pour le dépôt de revêtements SiC implique une série d'étapes soigneusement contrôlées :

Chauffage:Le four CVD est chauffé à une température comprise entre 100 et 160°C.

Chargement du substrat :Un substrat en graphite (mandrin) est placé sur une plateforme rotative à l'intérieur de la chambre de dépôt.

Vide et purge :La chambre est évacuée et purgée avec du gaz argon (Ar) en plusieurs cycles.

Contrôle du chauffage et de la pression :L'enceinte est chauffée jusqu'à la température de dépôt sous vide continu. Après avoir atteint la température souhaitée, un temps de maintien est maintenu avant d'introduire du gaz Ar pour atteindre une pression de 40 à 60 kPa. La chambre est ensuite à nouveau évacuée.

Introduction au gaz précurseur :Un mélange d'hydrogène (H2), d'argon (Ar) et d'un hydrocarbure gazeux (alcane) est introduit dans une chambre de préchauffage, accompagné d'un précurseur de chlorosilane (généralement du tétrachlorure de silicium, SiCl4). Le mélange gazeux résultant est ensuite introduit dans la chambre de réaction.

Dépôt et refroidissement :Une fois le dépôt terminé, le flux de H2, de chlorosilane et d'alcane est arrêté. Le flux d'argon est maintenu pour purger la chambre pendant le refroidissement. Enfin, la chambre est portée à la pression atmosphérique, ouverte et le substrat en graphite recouvert de SiC est retiré.

2. Applications d'épaisCVD SiCCalques

Les couches de SiC haute densité dépassant 1 mm d'épaisseur trouvent des applications critiques dans :

Fabrication de semi-conducteurs :Comme anneaux de focalisation (FR) dans les systèmes de gravure sèche pour la fabrication de circuits intégrés.

Optique et Aérospatiale :Des couches SiC à haute transparence sont utilisées dans les miroirs optiques et les fenêtres des engins spatiaux.

Ces applications nécessitent des matériaux de haute performance, ce qui fait du SiC épais un produit de grande valeur doté d'un potentiel économique important.

3. Caractéristiques cibles pour la qualité semi-conducteurCVD SiC

CVD SiCpour les applications de semi-conducteurs, en particulier pour les bagues de focalisation, nécessite des propriétés matérielles strictes :

Haute pureté :SiC polycristallin d'un niveau de pureté de 99,9999 % (6N).

Haute densité :Une microstructure dense et sans pores est essentielle.

Conductivité thermique élevée :Les valeurs théoriques approchent 490 W/m·K, avec des valeurs pratiques allant de 200 à 400 W/m·K.

Résistivité électrique contrôlée :Des valeurs comprises entre 0,01 et 500 Ω.cm sont souhaitables.

Résistance du plasma et inertie chimique :Critique pour résister aux environnements de gravure agressifs.

Haute dureté :La dureté inhérente du SiC (~3 000 kg/mm2) nécessite des techniques d'usinage spécialisées.

Structure polycristalline cubique :Un 3C-SiC (β-SiC) orienté préférentiellement avec une orientation cristallographique dominante (111) est souhaité.

4. Processus CVD pour les films épais 3C-SiC

La méthode préférée pour déposer des films épais de 3C-SiC pour les bagues de focalisation est le CVD, en utilisant les paramètres suivants :

Sélection des précurseurs :Le méthyltrichlorosilane (MTS) est couramment utilisé, offrant un rapport molaire Si/C de 1:1 pour le dépôt stoechiométrique. Cependant, certains fabricants optimisent le rapport Si:C (1:1,1 à 1:1,4) pour améliorer la résistance du plasma, ce qui peut avoir un impact sur la distribution granulométrique et l'orientation préférée.

Gaz vecteur :L'hydrogène (H2) réagit avec les espèces contenant du chlore, tandis que l'argon (Ar) agit comme gaz porteur pour le MTS et dilue le mélange gazeux pour contrôler la vitesse de dépôt.

5. Système CVD pour les applications de bague de mise au point

Une représentation schématique d'un système CVD typique pour le dépôt de 3C-SiC pour les bagues de focalisation est présentée. Cependant, les systèmes de production détaillés sont souvent conçus sur mesure et exclusifs.

6.Conclusion

La production de couches de SiC épaisses et de haute pureté par CVD est un processus complexe nécessitant un contrôle précis de nombreux paramètres. Alors que la demande pour ces matériaux hautes performances continue d'augmenter, les efforts continus de recherche et de développement se concentrent sur l'optimisation des techniques CVD afin de répondre aux exigences strictes de la fabrication de semi-conducteurs de nouvelle génération et d'autres applications exigeantes.**