Hvad er SiC-belagt grafit-susceptor?

Figur 1. SiC-belagt grafitsusceptor

1. Epitaksialt lag og dets udstyr

Under wafer-fremstillingsprocessen skal vi yderligere bygge et epitaksielt lag på nogle wafer-substrater for at lette fremstillingen af ​​enheder. Epitaksi refererer til processen med at dyrke en ny enkelt krystal på et enkelt krystalsubstrat, der er blevet omhyggeligt behandlet ved skæring, slibning og polering. Den nye enkeltkrystal kan være det samme materiale som substratet eller et andet materiale (homoepitaxial eller heteroepitaxial). Da det nye enkeltkrystallag vokser langs substratets krystalfase, kaldes det et epitaksialt lag, og apparatfremstillingen udføres på det epitaksiale lag. 

For eksempel, enGaAs epitaksiallag er forberedt på et siliciumsubstrat til LED-lysemitterende enheder; -enSiC epitaksiallag dyrkes på et ledende SiC-substrat til konstruktion af SBD, MOSFET og andre enheder i strømapplikationer; et GaN epitaksielt lag er konstrueret på et semi-isolerende SiC-substrat til yderligere fremstilling af enheder såsom HEMT i radiofrekvensapplikationer såsom kommunikation. Parametre såsom tykkelsen af ​​SiC epitaksiale materialer og baggrundsbærerkoncentration bestemmer direkte de forskellige elektriske egenskaber af SiC-enheder. I denne proces kan vi ikke undvære udstyr til kemisk dampaflejring (CVD).

Figur 2. Epitaksial filmvæksttilstande

2. Betydningen af ​​SiC-belagt grafit-susceptor i CVD-udstyr

I CVD-udstyr kan vi ikke placere substratet direkte på metallet eller blot på en base til epitaksial aflejring, fordi det involverer mange faktorer såsom gasstrømningsretning (vandret, lodret), temperatur, tryk, fiksering og forurenende stoffer. Derfor skal vi bruge en susceptor(waferbærer) for at placere substratet på en bakke og bruge CVD-teknologi til at udføre epitaksial aflejring på det. Denne susceptor er den SiC-belagte grafit-susceptor (også kaldet en bakke).

2.1 Anvendelse af SiC-belagt grafitsusceptor i MOCVD-udstyr

Den SiC-belagte grafitsusceptor spiller en nøglerolle imetal organisk kemisk dampaflejring (MOCVD) udstyrtil at understøtte og opvarme enkeltkrystalsubstrater. Den termiske stabilitet og termiske ensartethed af denne susceptor er afgørende for kvaliteten af ​​epitaksiale materialer, så den betragtes som en uundværlig kernekomponent i MOCVD-udstyr. Metal Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD) teknologi er i øjeblikket meget udbredt i epitaksial vækst af GaN tynde film i blå lysdioder, fordi det har fordelene ved enkel betjening, kontrollerbar væksthastighed og høj renhed.

Som en af ​​kernekomponenterne i MOCVD-udstyr er Vetek semiconductor graphite susceptor ansvarlig for at understøtte og opvarme enkeltkrystalsubstrater, hvilket direkte påvirker ensartetheden og renheden af ​​tyndfilmsmaterialer og dermed er relateret til fremstillingskvaliteten af ​​epitaksiale wafere. Efterhånden som antallet af anvendelser stiger, og arbejdsmiljøet ændrer sig, er grafitsusceptoren tilbøjelig til at blive slidt og er derfor klassificeret som en forbrugsvare.

2.2. Karakteristika for SIC-belagt grafit-susceptor

For at opfylde behovene for MOCVD-udstyr skal den belægning, der kræves til grafitsusceptoren, have specifikke egenskaber for at opfylde følgende standarder:

✔  God dækning: SiC-belægningen skal fuldstændigt dække susceptoren og have en høj densitet for at forhindre skader i et ætsende gasmiljø.

✔  Høj vedhæftningsstyrke: Belægningen skal være fast bundet til susceptoren og ikke let at falde af efter flere høj- og lavtemperaturcyklusser.

✔  God kemisk stabilitet: Belægningen skal have god kemisk stabilitet for at undgå svigt i høje temperaturer og korrosive atmosfærer.

2.3 Vanskeligheder og udfordringer med at matche grafit- og siliciumcarbidmaterialer

Siliciumcarbid (SiC) fungerer godt i GaN epitaksiale atmosfærer på grund af dets fordele såsom korrosionsbestandighed, høj varmeledningsevne, termisk stødbestandighed og god kemisk stabilitet. Dens termiske udvidelseskoefficient svarer til grafit, hvilket gør det til det foretrukne materiale til grafitsusceptorbelægninger.

Men trods alt,grafitogsiliciumcarbider to forskellige materialer, og der vil stadig være situationer, hvor belægningen har en kort levetid, er let at falde af og øger omkostningerne på grund af forskellige termiske udvidelseskoefficienter. 

3. SiC Coating teknologi

3.1. Almindelige typer SiC

På nuværende tidspunkt omfatter almindelige typer SiC 3C, 4H og 6H, og forskellige typer SiC er egnede til forskellige formål. Eksempelvis er 4H-SiC velegnet til fremstilling af højeffekt-enheder, 6H-SiC er relativt stabil og kan bruges til optoelektroniske enheder, og 3C-SiC kan bruges til at forberede GaN-epitaksiale lag og fremstille SiC-GaN RF-enheder pga. dens struktur ligner GaN. 3C-SiC omtales også almindeligvis som β-SiC, som hovedsageligt bruges til tynde film og belægningsmaterialer. Derfor er β-SiC i øjeblikket et af hovedmaterialerne til belægninger.

3.2.Siliciumcarbid belægningforberedelsesmetode

Der er mange muligheder for fremstilling af siliciumcarbidbelægninger, herunder gel-sol metode, sprøjtemetode, ionstrålesprøjtemetode, kemisk dampreaktionsmetode (CVR) og kemisk dampaflejringsmetode (CVD). Blandt dem er den kemiske dampaflejringsmetode (CVD) i øjeblikket den vigtigste teknologi til fremstilling af SiC-belægninger. Denne metode afsætter SiC-belægninger på overfladen af ​​substratet gennem gasfasereaktion, hvilket har fordelene ved tæt binding mellem belægningen og substratet, hvilket forbedrer oxidationsmodstanden og ablationsmodstanden af ​​substratmaterialet.

Højtemperatursintringsmetoden, ved at placere grafitsubstratet i indstøbningspulveret og sintre det ved høj temperatur under en inert atmosfære, danner til sidst en SiC-belægning på overfladen af ​​substratet, som kaldes indlejringsmetoden. Selvom denne metode er enkel, og belægningen er tæt bundet til underlaget, er belægningens ensartethed i tykkelsesretningen dårlig, og huller er tilbøjelige til at opstå, hvilket reducerer oxidationsmodstanden.

✔  Sprøjtemetodenindebærer at sprøjte flydende råmaterialer på overfladen af ​​grafitsubstratet, og derefter størkne råmaterialerne ved en bestemt temperatur for at danne en belægning. Selvom denne metode er billig, er belægningen svagt bundet til underlaget, og belægningen har dårlig ensartethed, tynd tykkelse og dårlig oxidationsmodstand og kræver normalt yderligere behandling.

✔  Ionstrålesprøjteteknologibruger en ionstrålepistol til at sprøjte smeltet eller delvist smeltet materiale på overfladen af ​​et grafitsubstrat, som derefter størkner og binder til en belægning. Selvom betjeningen er enkel og kan give en relativt tæt siliciumcarbidbelægning, er belægningen let at bryde og har dårlig oxidationsmodstand. Det bruges normalt til at fremstille højkvalitets SiC-kompositbelægninger.

✔ Sol-gel metode, involverer denne metode fremstilling af en ensartet og gennemsigtig solopløsning, påføring af den på overfladen af ​​substratet og derefter tørring og sintring for at danne en belægning. Selvom operationen er enkel, og omkostningerne er lave, har den forberedte belægning lav termisk stødmodstand og er tilbøjelig til at revne, så dens anvendelsesområde er begrænset.

✔ Kemisk dampreaktionsteknologi (CVR): CVR bruger Si- og SiO2-pulver til at generere SiO-damp og danner en SiC-belægning ved kemisk reaktion på overfladen af ​​kulstofmaterialets substrat. Selvom en tæt bundet belægning kan fremstilles, kræves en højere reaktionstemperatur, og omkostningerne er høje.

✔  Kemisk dampaflejring (CVD): CVD er i øjeblikket den mest udbredte teknologi til fremstilling af SiC-belægninger, og SiC-belægninger dannes ved gasfasereaktioner på overfladen af ​​substratet. Belægningen fremstillet ved denne metode er tæt bundet til substratet, hvilket forbedrer substratets oxidationsmodstand og ablationsmodstand, men kræver lang afsætningstid, og reaktionsgassen kan være giftig.

Figur 3.Kemisk dampaflejringsdiagram

4. Markedskonkurrence ogVetek Semiconductorteknologiske innovation

På markedet for SiC-belagt grafitsubstrat startede udenlandske producenter tidligere, med åbenlyse førende fordele og en højere markedsandel. Internationalt er Xycard i Holland, SGL i Tyskland, Toyo Tanso i Japan og MEMC i USA mainstream-leverandører, og de monopoliserer grundlæggende det internationale marked. Men Kina har nu brudt igennem kerneteknologien med ensartet voksende SiC-belægninger på overfladen af ​​grafitsubstrater, og dens kvalitet er blevet verificeret af indenlandske og udenlandske kunder. Samtidig har det også visse konkurrencefordele i pris, som kan opfylde kravene til MOCVD-udstyr til brug af SiC-belagte grafitsubstrater. 

Vetek semiconductor har været engageret i forskning og udvikling inden forSiC belægningeri mere end 20 år. Derfor har vi lanceret den samme bufferlagteknologi som SGL. Gennem speciel procesteknologi kan der tilføjes et bufferlag mellem grafit og siliciumcarbid for at øge levetiden med mere end to gange.