Piikarbidilla päällystettyjen grafiittisuskeptorien ratkaiseva rooli ja käyttötapaukset puolijohteiden valmistuksessa

Semicera Semiconductor aikoo lisätä puolijohdevalmistuslaitteiden ydinkomponenttien tuotantoa maailmanlaajuisesti. Vuoteen 2027 mennessä tavoitteenamme on perustaa uusi 20 000 neliömetrin tehdas, jonka kokonaisinvestointi on 70 miljoonaa USD. Yksi ydinkomponenteistamme,piikarbidi (SiC) kiekkojen alusta, joka tunnetaan myös suskeptorina, on edistynyt merkittävästi. Joten mikä tämä lokero oikein on, jossa vohvelit säilytetään?

Kiekkojen valmistusprosessissa tietyille kiekkosubstraateille rakennetaan epitaksiaalikerroksia laitteiden luomiseksi. Esimerkiksi GaAs-epitaksiaalikerrokset valmistetaan LED-laitteiden piisubstraateille, SiC-epitaksiaalikerrokset kasvatetaan johtaville SiC-substraateille tehosovelluksiin, kuten SBD:t ja MOSFET:t, ja GaN-epitaksiaalikerrokset rakennetaan puolieristäville SiC-substraateille RF-sovelluksiin, kuten HEMT:iin. . Tämä prosessi on vahvasti riippuvainenkemiallinen höyrypinnoitus (CVD)laitteet.

CVD-laitteissa substraatteja ei voida asettaa suoraan metallille tai yksinkertaiselle alustalle epitaksiaalista kerrostusta varten eri tekijöiden, kuten kaasun virtauksen (vaaka, pystysuora), lämpötilan, paineen, stabiilisuuden ja kontaminaatioiden vuoksi. Siksi substraatin asettamiseen käytetään suskeptoria, mikä mahdollistaa epitaksiaalisen kerrostuksen CVD-tekniikan avulla. Tämä suskeptori onSiC-pinnoitettu grafiittisuskeptori.

SiC-pinnoitetut grafiittisuskeptorit käytetään tyypillisesti Metal-Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD) -laitteissa tukemaan ja lämmittämään yksikidealustoja. Lämpöstabiilisuus ja tasaisuus SiC-pinnoitetut grafiittisuskeptoritovat ratkaisevan tärkeitä epitaksiaalimateriaalien laadun kasvulle, mikä tekee niistä MOCVD-laitteiden (johtavat MOCVD-laitevalmistajat, kuten Veeco ja Aixtron) ydinkomponentin. Tällä hetkellä MOCVD-tekniikkaa käytetään laajasti sinisten LEDien GaN-kalvojen epitaksiaalisessa kasvussa sen yksinkertaisuuden, säädeltävän kasvunopeuden ja korkean puhtauden vuoksi. MOCVD-reaktorin olennaisena osanasuskeptori GaN-kalvon epitaksiaaliselle kasvulleon oltava korkean lämpötilan kestävyys, tasainen lämmönjohtavuus, kemiallinen stabiilisuus ja vahva lämpöiskun kestävyys. Grafiitti täyttää nämä vaatimukset täydellisesti.

MOCVD-laitteiden ydinkomponenttina grafiittisuskeptori tukee ja lämmittää yksikiteisiä substraatteja, mikä vaikuttaa suoraan kalvomateriaalien tasaisuuteen ja puhtauteen. Sen laatu vaikuttaa suoraan epitaksiaalisten kiekkojen valmistukseen. Kuitenkin lisääntyneen käytön ja vaihtelevien työolosuhteiden vuoksi grafiittisuskeptorit kuluvat helposti ja niitä pidetään kulutusosina.

MOCVD-suskeptoriton oltava tietyt pinnoiteominaisuudet täyttääkseen seuraavat vaatimukset:

• -Hyvä kattavuus:Pinnoitteen tulee peittää grafiittisuskeptori kokonaan suurella tiheydellä korroosion estämiseksi syövyttävässä kaasuympäristössä.
• - Korkea sidoslujuus:Pinnoitteen on sitouduttava vahvasti grafiittisuskeptoriin ja kestettävä useita korkean ja matalan lämpötilan jaksoja ilman, että se irtoaa.
• -Kemiallinen stabiilisuus:Pinnoitteen on oltava kemiallisesti stabiili, jotta vältytään vaurioilta korkeissa lämpötiloissa ja syövyttävissä olosuhteissa.

SiC, jolla on korroosionkestävyys, korkea lämmönjohtavuus, lämpöiskun kestävyys ja korkea kemiallinen stabiilisuus, toimii hyvin GaN-epitaksiaalisessa ympäristössä. Lisäksi piikarbidin lämpölaajenemiskerroin on samanlainen kuin grafiitilla, mikä tekee piikarbidista suositellun materiaalin grafiittisuskeptoripinnoitteissa.

Tällä hetkellä yleisiä piikarbidityyppejä ovat 3C, 4H ja 6H, joista jokainen soveltuu erilaisiin sovelluksiin. Esimerkiksi 4H-SiC voi tuottaa suuritehoisia laitteita, 6H-SiC on vakaa ja sitä käytetään optoelektronisissa laitteissa, kun taas 3C-SiC on rakenteeltaan samanlainen kuin GaN, joten se sopii GaN-epitaksiaalikerroksen tuotantoon ja SiC-GaN RF-laitteisiin. 3C-SiC:tä, joka tunnetaan myös nimellä β-SiC, käytetään pääasiassa kalvo- ja päällystysmateriaalina, mikä tekee siitä päällystysmateriaalin.

On olemassa erilaisia ​​valmistusmenetelmiäSiC pinnoitteet, mukaan lukien sooligeeli, upottaminen, harjaus, plasmaruiskutus, kemiallinen höyryreaktio (CVR) ja kemiallinen höyrypinnoitus (CVD).

Näistä upotusmenetelmänä on korkean lämpötilan kiinteäfaasisintrausprosessi. Asettamalla grafiittisubstraatti Si- ja C-jauhetta sisältävään upotusjauheeseen ja sintraamalla inertissä kaasuympäristössä grafiittisubstraatille muodostuu SiC-pinnoite. Tämä menetelmä on yksinkertainen, ja pinnoite kiinnittyy hyvin alustaan. Pinnoitteen paksuus ei kuitenkaan ole tasainen ja siinä voi olla huokosia, mikä johtaa huonoon hapettumiskestävyyteen.

Ruiskupinnoitusmenetelmä

Ruiskupinnoitusmenetelmä sisältää nestemäisten raaka-aineiden ruiskutuksen grafiittisubstraatin pinnalle ja niiden kovetuksen tietyssä lämpötilassa pinnoitteen muodostamiseksi. Tämä menetelmä on yksinkertainen ja kustannustehokas, mutta tuloksena on heikko pinnoitteen ja alustan välinen sidos, huono pinnoitteen tasaisuus ja ohuet pinnoitteet, joilla on alhainen hapettumiskestävyys, mikä vaatii apumenetelmiä.

Ionisuihkuruiskutusmenetelmä

Ionisuihkuruiskutuksessa käytetään ionisuihkupistoolia sulan tai osittain sulan materiaalin suihkuttamiseen grafiittisubstraatin pinnalle, jolloin muodostuu pinnoite jähmettyessään. Tämä menetelmä on yksinkertainen ja tuottaa tiheitä piikarbidipinnoitteita. Ohuilla pinnoitteilla on kuitenkin heikko hapettumisenkestävyys, jota käytetään usein SiC-komposiittipinnoitteissa laadun parantamiseksi.

Sol-Gel -menetelmä

Sooli-geeli -menetelmässä valmistetaan tasainen, läpinäkyvä sooliliuos, peitetään alustan pinta ja saadaan pinnoite kuivauksen ja sintrauksen jälkeen. Tämä menetelmä on yksinkertainen ja kustannustehokas, mutta johtaa pinnoitteisiin, joilla on alhainen lämpöiskun kestävyys ja halkeiluherkkyys, mikä rajoittaa sen laajaa käyttöä.

Kemiallinen höyryreaktio (CVR)

CVR käyttää Si- ja SiO2-jauhetta korkeissa lämpötiloissa tuottamaan SiO-höyryä, joka reagoi hiilimateriaalisubstraatin kanssa muodostaen SiC-pinnoitteen. Syntynyt piikarbidipinnoite sitoutuu tiukasti alustaan, mutta prosessi vaatii korkeita reaktiolämpötiloja ja kustannuksia.

Kemiallinen höyrypinnoitus (CVD)

CVD on ensisijainen tekniikka piikarbidipinnoitteiden valmistuksessa. Se sisältää kaasufaasireaktioita grafiittisubstraatin pinnalla, jossa raaka-aineet käyvät läpi fysikaalisia ja kemiallisia reaktioita, jotka kerrostuvat piikarbidipinnoitteena. CVD tuottaa tiiviisti sitoutuneita SiC-pinnoitteita, jotka parantavat alustan hapettumis- ja ablaatiokestävyyttä. CVD:llä on kuitenkin pitkät kerrostumisajat ja se voi sisältää myrkyllisiä kaasuja.

Markkinatilanne

SiC-pinnoitettujen grafiittisuskeptorien markkinoilla ulkomaisilla valmistajilla on merkittävä johtoasema ja suuri markkinaosuus. Semicera on voittanut ydinteknologiat tasaisen piikarbidipinnoitteen kasvuun grafiittialustoille tarjoten ratkaisuja, jotka käsittelevät lämmönjohtavuutta, kimmokerrointa, jäykkyyttä, hilavirheitä ja muita laatukysymyksiä ja täyttävät täysin MOCVD-laitteiden vaatimukset.

Tulevaisuuden näkymät

Kiinan puolijohdeteollisuus kehittyy nopeasti MOCVD-epitaksiaalisten laitteiden lokalisoinnin ja sovellusten laajenemisen myötä. SiC-pinnoitettujen grafiittisuskeptorimarkkinoiden odotetaan kasvavan nopeasti.

Johtopäätös

Ydintuotantoteknologian hallitseminen ja piikarbidilla päällystettyjen grafiittisuskeptorien lokalisointi on tärkeä komponentti yhdistepuolijohdelaitteistoissa Kiinan puolijohdeteollisuudelle strategisesti tärkeää. Kotimainen piikarbidilla päällystetty grafiittisuskeptorikenttä kukoistaa ja tuotteiden laatu saavuttaa kansainvälisen tason.Semicerapyrkii olemaan johtava toimittaja tällä alalla.