Page 9 - 第三代半導體—— 碳化矽材料製程與分析

體順利流入反應爐產生反應，其反 應式為2SiH4 (g) + C2H2 (g)→2SiC(s) + 5H2(g) ，反應後產生SiC粉體掉入 粉體收集桶中形成成品。
均勻度也相當高。 溶膠凝膠法主要包
會得到乾凝膠(xerogel)，加熱至 1,600°C以上得到SiC材料。
在合適的操作參數下會得到 高純度及奈米尺度的SiC粉，如圖 9(a)，其粉末顆粒的一次粒徑約為 100~200nm，並且團聚後的粒徑也 只有500nm，代表其產生的粉末粒 徑相當的均勻且一致。然而，如果當 氣體、溫度和壓力等參數未有最佳 化的調整時，如圖9(b)、(c)所示， 很容易產生未完全反應的中間物， 也易造成成品有過大的粒徑分佈 (100nm~500nm)，甚至在團聚後 的單體粒徑大於1,000nm。除此之 外，若未適當調控，中間物很大的 程度將含有O-H、C-H、Si-H、C-H 等其他鍵結，使得粉末非單純的 SiC，將殘餘未反應矽基及碳基有
括兩個階段:水解及縮聚 (polycondensation)。先準備矽 基醇鹽(alkoxide)投入含有水及合 適碳基溶劑的溶液，以利水解發 生並形成矽醇的官能基群(silanol group，SiOH)。此官能基群會持 續的縮聚成矽氧烷基(siloxane bonds，SiOSi)得到玻璃質凝膠 (silica gel)，最後將其溶液去除就
有文獻利用TEOS (Tetraethyl orthosilicate)並加入不同比例的 酚醛樹脂(phenolic resin)得到SiC 粉末，並對其作晶體分析(圖10)，發 現當碳比例過少時，其經熱處理的 先驅物會無法形成SiC材料;但如 果碳比例增加，卻也會增加不屬於 SiC結晶的產物。進一步由穿透式 電子顯微鏡可發現(圖11)，有許多
機 物 。由 C V D 所 製 得 的 材 料 表 面 雖 易 符合半導體工業所需的品質標準， 但製程必須要非常精準地控制反 應系統中所有的參數，使其非常耗 時且產能有限。在能夠利用CVD大 量製造SiC之前，如何在複雜的反 應、氣體條件之中尋求最佳解法， 仍待進一步研究與探索。
圖9:利用CVD在(a)操作參數合適以及(b)(c)操作參數未最佳化所製得的SiC粉末的SEM圖。
圖10:SiC的先驅物經(a) 3個小時及(b) 10個小時的熱處理之X-ray晶體繞射圖。
圖11:使SiC進行氫氟酸清洗，以及大氣燒結(a)前及(b)後的TEM影像。
2022年7月 | www.eettaiwan.com
SPOTLIGHT
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3.溶膠凝膠法(sol-gel)
溶膠凝膠法的優勢是可以在 相對低溫的狀況下生產SiC材料， 不像其他製程須將反應物的溫度 升到2,000°C以上。因此能量消耗 低了許多，且因是先驅物均勻的在 溶液中產生反應，所以最後產物之