炭化ケイ素（SiC）この材料は、広いバンドギャップ、高い熱伝導率、高い臨界破壊電界強度、高い飽和電子ドリフト速度という利点を備えており、半導体製造分野で非常に有望です。 SiC単結晶は、一般に物理的気相輸送(PVT)法によって製造されます。この方法の具体的な手順には、黒鉛るつぼの底に SiC 粉末を配置し、るつぼの上部に SiC 種結晶を配置することが含まれます。グラファイト坩堝ＳｉＣの昇華温度まで加熱すると、ＳｉＣ粉末がＳｉ蒸気、Ｓｉ２Ｃ、ＳｉＣ２などの気相物質に分解する。これらの蒸発物質は軸方向の温度勾配の影響を受けてるつぼ上部に昇華し、SiC種結晶の表面に凝縮してSiC単結晶が結晶化します。
現在、使用されている種結晶の直径は、SiC単結晶成長ターゲット結晶の直径と一致する必要があります。成長中、種結晶は接着剤を使用してるつぼ上部の種ホルダーに固定されます。ただし、種結晶を固定するこの方法では、シードホルダーの表面の精度や接着剤コーティングの均一性などの要因により、接着層にボイドが発生するなどの問題が発生し、六角形のボイド欠陥が発生する可能性があります。これらには、グラファイトプレートの平坦性の改善、接着層の厚さの均一性の向上、および柔軟なバッファ層の追加が含まれます。しかし、それでも接着層の密度に課題があり、種結晶が剥離するリスクがあります。接着方法を採用することで、ウエハースグラファイトペーパーに接着し、るつぼ上部に重ねることで接着層の密度が向上し、ウエハーの剥離を防止することができます。
1. 実験スキーム:
実験に使用したウエハは市販のものです6インチN型SiCウェハ。フォトレジストはスピンコーターを使用して塗布されます。自社開発のシードホットプレス炉を使用して接着を実現します。
1.1 種結晶の固定スキーム:
現在、SiC 種結晶の接着方式は接着型と懸濁型の 2 つに分類できます。
接着剤タイプのスキーム (図 1): これには、SiCウェハグラファイトプレート間の隙間をなくすために、グラファイトペーパーの層を緩衝層としてグラファイトプレートに貼り付けます。SiCウェハそしてグラファイトプレート。実際の製造においては、グラファイトペーパーとグラファイトプレートとの結合力が弱く、高温成長プロセス中に種結晶の剥離が多発し、成長不良が発生する。
サスペンションタイプのスキーム (図 2): 通常、接着剤炭化法またはコーティング法を使用して、SiC ウェハーの接合表面に緻密な炭素膜が作成されます。のSiCウェハ次に、2 枚のグラファイト プレートの間にクランプされ、グラファイトるつぼの上部に配置され、カーボン フィルムがウェーハを保護しながら安定性を確保します。しかし、コーティングによる炭素膜の作製はコストが高く、工業生産には適していません。接着炭化法では炭素膜の品質にばらつきがあり、完全に緻密で密着力の強い炭素膜を得ることが困難です。さらに、グラファイトプレートをクランプすると、ウェーハの表面の一部がブロックされて、ウェーハの有効成長領域が減少します。
上記の 2 つのスキームに基づいて、新しい接着とオーバーラップのスキームが提案されています (図 3)。
接着炭化法によりSiCウェハの接合面に比較的緻密な炭素膜を形成するため、照明下でも大きな光漏れがありません。
炭素膜を被覆したSiCウェハを炭素膜側を接着面にしてグラファイトペーパーに接着します。接着剤層は光の下では均一に黒く見えるはずです。
グラファイト紙はグラファイトプレートによってクランプされ、結晶成長のためにグラファイトるつぼの上に吊り下げられます。
1.2 接着剤:
フォトレジストの粘度は膜厚の均一性に大きく影響します。同じ回転速度では、粘度が低いほど、接着フィルムはより薄く、より均一になります。したがって、アプリケーション要件の範囲内で低粘度のフォトレジストが選択されます。
実験中に、炭化接着剤の粘度が炭素膜とウェハー間の接着強度に影響を与えることが判明しました。粘度が高いとスピンコーターで均一に塗布することが難しく、粘度が低いと接着強度が弱く、その後の接着工程で接着剤の流れや外圧によりカーボン膜の割れが発生します。実験研究により、炭化接着剤の粘度は100mPa・s、接着剤の粘度は25mPa・sに設定されました。
1.3 作動真空度:
SiC ウェハ上に炭素膜を作成するプロセスには、SiC ウェハ表面の接着層の炭化が含まれます。これは、真空またはアルゴンから保護された環境で実行する必要があります。実験結果によると、アルゴンで保護された環境は、高真空環境よりも炭素膜の生成が促進されます。真空環境を使用する場合、真空度は 1 Pa 以下にしてください。
SiC 種結晶を接着するプロセスには、SiC ウェハーをグラファイト プレート/グラファイト ペーパーに接着することが含まれます。高温での黒鉛材料に対する酸素の侵食効果を考慮すると、このプロセスは真空条件下で実行する必要があります。接着層に対するさまざまな真空レベルの影響が研究されました。実験結果を表 1 に示します。低真空条件下では、空気中の酸素分子が完全に除去されず、接着層が不完全になることがわかります。真空レベルが 10 Pa 未満の場合、接着層に対する酸素分子の浸食効果は大幅に減少します。真空レベルが 1 Pa 未満の場合、侵食効果は完全に排除されます。
投稿日時: 2024 年 6 月 11 日