Growth of SiC by High Temperature CVD and Application of Thermo-gravimetry for an In-situ Growth Rate Measurement

Kurzfassung: Siliziumkarbid (SiC) ist ein seit langem bekannter Halbleiter mit vielversprechenden physikalischen Eigenschaften. Aufgrund seiner herausragenden Warmeleitfahigkeit findet es insbesondere in der modernen Hochtemperatur- und Hochleistungselektronik ein zukunftstrachtiges Anwendungsfeld, welches jedoch die Entwicklung groser und hochreiner Einkristalle erfordert. Das zur Zeit wichtigste Verfahren zur Herstellung von SiC Einkristallen ist die Physikalische Gasphasenabscheidung(Physical Vapor Transport-Deposition, PVT), das auf der Herstellung von SiC-Pulver, der nachfolgenden Sublimation des Pulvers und der anschliesenden homoepitaktischen Abscheidung von SiC aus der Gasphase auf SiC-Impfkristallen beruht. Die dazu notwendigen, extrem hohen Sublimations- und Schmelztemperaturen (2500-2600°C) bilden allerdings ein groses Hindernis fur die Herstellung groserer Einkristalle geringer Defektdichte; zudem benotigt der Gesamtprozes ein hohes Mas an zuzufuhrender Energie, u.a. fur die zusatzliche Bereitstellung des SiC-Pulvers. Hier erstmalig vorgestellt wird nun ein neuartiges Verfahren, das auf der homoepitaktischen Chemischen Gasphasenabscheidung von SiC auf SiC-Impfkristallen bei Temperaturen um etwa 1900-2300°C (High Temperature Chemical Vapor Deposition, HTCVD) besteht. Als Vorlaufer dieses Prozesses dienen Silan (SiH 4 ) und Propan C 3 H 8 . Im Gegensatz zum herkommlichen PVT-Verfahren wird das SiC direkt unter einmaligem Aufheizen der Vorlaufer gebildet; so kann ein groser Teil der fur den Prozes benotigten Energie eingespart werden. Die vorgelegte Arbeit beschreibt zum einen die Konstruktion, Entwicklung und Inbetriebnahme eines induktiv beheizten Heiswandreaktorsystems fur reine Silanvorlaufer und extreme Prozesstemperaturen ( 3 fur Kohlenwasserstoff (Propan) und 0.996 mol/m 3 fur Silan. Hohere Wachstumsraten wurden nur bei hoheren Substrattemperaturen und auf 6H-SiC-Keimkristallen mit 3.5° "off-axis"-Orientierung erzielt: 100 µm/h bei 2060°C, der maximal zulassigen Temperatur des verwendeten Reaktors. Nach erfolgreicher langerer Abscheidedauer (bis zu 3 Stunden) konnten grosere Einkristalle mit Schichtdicken von etwa 150 µm beobachtet werden. Das resultierte Wachstum wurde gravimetrisch sowie mittels optischer Mikroskopie, XRD, SEM, EDX und LEED analysiert.