Synthesis of Silicon Carbide Thin Films by Pyrolysis of a Polycarbosilane Precursor

Abstract

In dieser Arbeit wurde ein Siliziumkarbid (SiC) Dünnfilm auf Silizium Wafern, mittels SMP10, einem flüssigen, keramischen Polymer aufgebracht. Am ISAS der Technische Universität Wien wurde eine monokristalline SiC Folie entwickelt, welche helfen soll, die auftretenden Säge- und Polierverluste bei der Herstellung von Leistungsbauelementen auf monokristallinen SiC Wafern zu minimieren, indem die Folie auf polykristalline SiC Wafer gebondet wird. Zu Beginn dieser Untersuchungen dienen Si Wafer aus Kostengründen für Versuchszwecke. Für diesen Bond-Vorgang soll der Dünnfilm als eine Art Klebeschicht dienen. Um diesem Zweck zu genügen, muss der SiC Dünnfilm eine dichte und zusammenhängende Schicht bilden. Für die Herstellung des Dünnfilms wurde das Spin Coating Verfahren und das Tauchzieh Verfahren untersucht. Mit dem Spin Coating Prozess konnten dichte, zusammenhängende Schichten mit wenigen Defekten und einer kontrollierbaren Schichtdicke von 50 nm bis 500 nm hergestellt werden. Das Spin Coating Verfahren wurde erfolgreich verwendet, um SiC Dünnfilme mit und ohne Stickstoff als Dotierelement zu erzeugen, welche als Grundlage für weitere Arbeiten dienen. Bonden der Folie auf polykristallinen SiC Wafer würde die Kosten bei der Herstellung von SiC leistungselektronischen Bauelementen reduzieren, wobei zudem das erstmalige Bonden der Folie auf Si Substrat demonstriert werden konnte.

In this work a silicon carbide (SiC) thin film on silicon (Si) bulk material, using SMP10, a liquid precursor to SiC ceramics was developed. A monocrystalline SiC foil was developed at ISAS (Technische Universität Wien) which could help to reduce cutting and polishing losses when originating from monocrystalline SiC wafers and when subsequently bonded on a Si or polycrystalline SiC wafer. For this purpose, the SiC thin film should be used as sticky layer for bonding these monocrystalline silicon carbide (SiC) foils on Si in a first attempt. The SMP10 should coat the Si surface evenly and, after pyrolysis, form a dense, coherent SiC thin film. To achieve this thin film, spin coating and dip coating were investigated. With spin coating a dense and coherent thin film, still with few defects but with controllable thickness from 50 nm to 500 nm was generated. The spin coating process was successfully used to create thin films with and without nitrogen as dopant, which can be used for electrically conductive bonding for future works. The high cost reduction would be achieved if foils are bonded to polycrystalline SiC substrates. Bonding to a Si substrate would be a predominantly of a technological advancement, rather than targeting specific applications.