Fortschrittliche Wärmeverarbeitung von Halbleitermaterialien

Die Forscher am CNRS-CRHEA haben durch umfassende Experimente versucht, diesen Vorgang, der als FLASiC für die Erstellung von hoch qualitativen, preiswerten Substratmaterialien bekannt ist, zu optimieren.

Kubisches SiC (3C-SiC) ist besonders interessant für silizium-basierte Geräte, da es die höchste Elektronenmobilität aller bekannten SiC-Polytypen aufweist. Wird 3C-SiC sorgfältig gezüchtet, so bleibt es frei von Defekten, die bei anderen Polytypen unvermeidbar sind. Dieses Material ist jedoch in Form einzelner Kristallsubstrate von akzeptabler Qualität und großen Mengen noch nicht handelsüblich. Die Mitglieder des FLASiC-Projektkonsortiums bündelten ihre Fähigkeiten und ihr Fachwissen, um das heteroepitaktische Wachstum dünner Saatschichten von kubischem SiC auf einzelnen Glas-Si-Scheiben für Anwendungen in der Mikroelektronik zu optimieren.

Im Mittelpunkt der Forschung standen Defekte, die aufgrund von Fehlanpassungen der großen Kristallgitter zwischen den zwei Materialien entstanden sind und darauf zurückzuführen sind, dass die Wachstumstemperatur unterhalb des Si-Schmelzpunkts gehalten werden muss. Die festgestellten Hauptschäden aufgrund von hoher Dichte sind Versetzungen, Stapelfehler, Mikrozwillinge und Aushöhlungen. Obwohl einige von ihnen während des anschließenden Wachstums behoben werden, sind die verbleibenden Defekte im obersten Bereich der SiC-Schicht für die schlechten elektrischen Eigenschaften der nachfolgend angefertigten Geräte verantwortlich.

Die hohe Defektdichte samt den Verformungen der Scheiben, die durch die angestaute Wärmespannung während der Glühzyklen verursacht werden, führen zu gespannten Kristallschichten von schlechter Qualität, durch die die Geräteherstellung bis dato ausgeschlossen wird. Die Forscher am CNRS-CRHEA entwickelten ein Verfahren, das „Schachbrett“-Karbonisation genannt wird, um die Wellenbildung des Substrats zu minimieren. Es gleicht eine Druckbelastung (zwischen zwei Flächen) durch eine Dehnspannung aus, um die erforderliche Ebenheit herzustellen.

Die Wärmeverarbeitung hochmoderner Halbleiterstrukturen mittels eines intensiven Lichtimpulses mit einer Dauer von wenigen Millisekunden kann somit in einer systematischen und gut kontrollierbaren Art und Weise durchgeführt werden. Der Hauptvorteil des Verfahrens liegt darin, dass die Flächengröße an die gewünschte Größe angepasst werden kann. Dadurch eröffnen sich viel versprechende Möglichkeiten für die Geräte- und Materialherstellung.