فرآیند آماده سازی کریستال بذر در رشد تک کریستال SiC (قسمت 2)

2. فرآیند آزمایشی

2.1 پخت فیلم چسب
مشاهده شد که مستقیماً یک لایه کربنی ایجاد می کند یا با کاغذ گرافیتی پیوند می زندویفرهای SiCپوشش داده شده با چسب منجر به چندین مشکل شد:

1. در شرایط خلاء، فیلم چسب بر رویویفرهای SiCبه دلیل انتشار قابل توجه هوا، ظاهری فلس مانند ایجاد کرد که منجر به تخلخل سطح شد. این امر مانع از چسبندگی مناسب لایه های چسب پس از کربن شدن می شد.

2. در طول اتصال،ویفرباید یکباره روی کاغذ گرافیتی قرار گیرد. در صورت تغییر موقعیت، فشار ناهموار می تواند یکنواختی چسب را کاهش دهد و بر کیفیت اتصال تأثیر منفی بگذارد.

3. در عملیات خلاء، آزاد شدن هوا از لایه چسب باعث پوسته شدن و ایجاد حفره های متعدد در داخل فیلم چسب و در نتیجه ایجاد نقص در اتصال می شود. برای رفع این مشکلات، چسب را از قبل خشک کنیدویفرچسباندن سطح با استفاده از صفحه داغ پس از پوشش اسپین توصیه می شود.

2.2 فرآیند کربنیزاسیون
فرآیند ایجاد یک فیلم کربن بر رویویفر دانه SiCو چسباندن آن به کاغذ گرافیتی نیاز به کربنیزه شدن لایه چسب در دمای خاص دارد تا از اتصال محکم اطمینان حاصل شود. کربنیزاسیون ناقص لایه چسب می تواند منجر به تجزیه آن در طول رشد شود و ناخالصی هایی را آزاد کند که بر کیفیت رشد کریستال تأثیر می گذارد. بنابراین، اطمینان از کربن شدن کامل لایه چسب برای اتصال با چگالی بالا بسیار مهم است. این مطالعه به بررسی اثر دما بر کربنیزاسیون چسب می پردازد. یک لایه یکنواخت از فوتوریست به روی آن اعمال شدویفرسطح و در یک کوره لوله تحت خلاء (<10 Pa) قرار می گیرد. درجه حرارت به سطوح از پیش تعیین شده (400 درجه سانتیگراد، 500 درجه سانتیگراد و 600 درجه سانتیگراد) افزایش یافت و برای رسیدن به کربن شدن به مدت 3-5 ساعت حفظ شد.

آزمایشات نشان داده شده است:

در دمای 400 درجه سانتیگراد، پس از 3 ساعت، فیلم چسب کربنیزه نشد و به رنگ قرمز تیره ظاهر شد. پس از 4 ساعت تغییر معنی داری مشاهده نشد.
در دمای 500 درجه سانتیگراد، پس از 3 ساعت، فیلم سیاه شد اما همچنان نور را از خود عبور داد. پس از 4 ساعت تغییر قابل توجهی وجود ندارد.
در دمای 600 درجه سانتیگراد، پس از 3 ساعت، فیلم بدون عبور نور سیاه شد، که نشان دهنده کربن شدن کامل است.
بنابراین، دمای پیوند مناسب باید ≥600 ℃ باشد.

2.3 فرآیند اعمال چسب
یکنواختی لایه چسب یک شاخص مهم برای ارزیابی فرآیند اعمال چسب و اطمینان از یک لایه اتصال یکنواخت است. این بخش سرعت چرخش و زمان پوشش دهی بهینه را برای ضخامت های مختلف فیلم چسب بررسی می کند. یکنواختی
u از ضخامت لایه به عنوان نسبت حداقل ضخامت لایه Lmin به حداکثر ضخامت لایه Lmax در ناحیه مفید تعریف می شود. پنج نقطه روی ویفر برای اندازه گیری ضخامت فیلم انتخاب شد و یکنواختی محاسبه شد. شکل 4 نقاط اندازه گیری را نشان می دهد.

برای اتصال با چگالی بالا بین ویفر SiC و اجزای گرافیت، ضخامت لایه چسب ترجیحی 1-5 میکرومتر است. ضخامت فیلم 2 میکرومتر انتخاب شد که برای هر دو فرآیند تهیه فیلم کربن و فرآیندهای پیوند کاغذ ویفر/گرافیت قابل استفاده است. پارامترهای پوشش اسپین بهینه برای چسب کربن ساز 15 ثانیه در 2500 دور در دقیقه و برای چسب باندینگ 15 ثانیه در 2000 دور در دقیقه است.

2.4 فرآیند پیوند
در طول اتصال ویفر SiC به کاغذ گرافیت/گرافیت، حذف کامل هوا و گازهای آلی تولید شده در طول کربن‌سازی از لایه پیوند بسیار مهم است. حذف ناقص گاز منجر به ایجاد حفره هایی می شود که منجر به ایجاد یک لایه پیوند غیر متراکم می شود. هوا و گازهای آلی را می توان با استفاده از پمپ روغن مکانیکی تخلیه کرد. در ابتدا، عملکرد مداوم پمپ مکانیکی اطمینان حاصل می کند که محفظه خلاء به حد خود می رسد و امکان حذف کامل هوا از لایه اتصال را فراهم می کند. افزایش سریع دما می تواند از حذف به موقع گاز در طول کربنیزاسیون در دمای بالا جلوگیری کند و باعث ایجاد حفره در لایه پیوند شود. خواص چسب نشان دهنده خروج گاز قابل توجه در دمای ≤120 درجه سانتیگراد است که بالاتر از این دما تثبیت می شود.

فشار خارجی در طول اتصال برای افزایش چگالی لایه چسب اعمال می شود و خروج هوا و گازهای آلی را تسهیل می کند و در نتیجه یک لایه پیوندی با چگالی بالا ایجاد می شود.

به طور خلاصه، منحنی فرآیند پیوند نشان داده شده در شکل 5 ایجاد شد. تحت فشار خاص، دما به دمای خروجی (~120 درجه سانتیگراد) افزایش می یابد و تا زمانی که گاز خروجی کامل شود، نگه داشته می شود. سپس، دما تا دمای کربنیزاسیون افزایش می‌یابد، برای مدت زمان مورد نیاز حفظ می‌شود، و به دنبال آن خنک‌سازی طبیعی تا دمای اتاق، آزاد شدن فشار و حذف ویفر پیوند شده انجام می‌شود.

طبق بخش 2.2، فیلم چسب باید در دمای 600 درجه سانتیگراد به مدت بیش از 3 ساعت کربنیزه شود. بنابراین، در منحنی فرآیند پیوند، T2 روی 600 درجه سانتیگراد و t2 تا 3 ساعت تنظیم شده است. مقادیر بهینه برای منحنی فرآیند پیوند، تعیین شده از طریق آزمایش‌های متعامد با مطالعه اثرات فشار پیوند، زمان گرمایش مرحله اول t1 و زمان گرمایش مرحله دوم t2 بر نتایج پیوند، در جداول 2-4 نشان داده شده است.

نتایج نشان داده شده:

در فشار پیوند 5 کیلونیوتن، زمان گرمایش کمترین تأثیر را بر اتصال داشت.
در 10 کیلو نیوتن، ناحیه خالی در لایه پیوند با حرارت دادن مرحله اول طولانی‌تر کاهش یافت.
در 15 کیلو نیوتن، گسترش گرمایش مرحله اول به طور قابل توجهی باعث کاهش حفره ها شد و در نهایت آنها را از بین برد.
اثر زمان گرمایش مرحله دوم بر پیوند در آزمایش‌های متعامد مشهود نبود. تثبیت فشار اتصال در 15 کیلو نیوتن و زمان گرمایش مرحله اول در 90 دقیقه، زمان‌های گرمایش مرحله دوم 30، 60 و 90 دقیقه همگی منجر به لایه‌های پیوند متراکم بدون خالی شدند که نشان‌دهنده زمان گرمایش مرحله دوم است. تاثیر کمی روی پیوند

مقادیر بهینه برای منحنی فرآیند پیوند عبارتند از: فشار پیوند 15 کیلونیوتن، زمان گرمایش مرحله اول 90 دقیقه، دمای مرحله اول 120 درجه سانتیگراد، زمان گرمایش مرحله دوم 30 دقیقه، دمای مرحله دوم 600 درجه سانتیگراد، و زمان نگهداری مرحله دوم. 3 ساعت.