Un stratu epitassiale hè una pellicola sottile monocristallina specifica cresciuta nantu à un substratu di wafer per mezu di un prucessu epitassiale; u wafer di substratu è a pellicola epitassiale sò chjamati cullettivamente wafer epitassiale. Frà questi, a crescita di un stratu epitassiale di carburo di siliciu nantu à un substratu di carburo di siliciu conduttivu produce un wafer epitassiale omogeneu di carburo di siliciu, chì pò esse ulteriormente fabbricatu in dispositivi di putenza cum'è diodi Schottky, MOSFET è IGBT. U tipu di substratu più largamente utilizatu hè u substratu 4H-SiC.
Siccomu guasi tutti i dispusitivi sò fabbricati nantu à strati epitassiali, a qualità di u stratu epitassiale hà un impattu significativu nantu à e prestazioni di u dispusitivu. Tuttavia, a qualità di u stratu epitassiale hè influenzata da u trattamentu di i cristalli è di i substrati, ciò chì u mette à un puntu criticu in l'industria è ghjoca un rolu fundamentale in u so sviluppu.
I metudi principali per a preparazione di strati epitassiali di carburo di siliciu includenu: deposizione di vapore; epitassi di fase liquida (LPE); epitassi di fasciu moleculare (MBE); è deposizione chimica di vapore (CVD). Frà questi, a deposizione chimica di vapore (CVD) hè u metudu u più utilizatu per l'epitassia omogenea 4H-SiC. L'epitassia CVD 4H-SiC impiega tipicamente apparecchiature CVD, chì assicuranu a continuità di a struttura cristallina 4H-SiC sottu alte temperature di crescita.
In l'equipaggiu CVD, u sustratu ùn pò esse piazzatu direttamente nantu à una superficia metallica o simpricimenti piazzatu nantu à una basa per a deposizione epitassiale, postu chì questu implica diversi fattori d'influenza cum'è a direzzione di u flussu di gas (urizzuntale, verticale), a temperatura, a pressione, a fissazione è a contaminazione da e particelle sparse. Dunque, hè necessaria una basa di supportu; u sustratu hè piazzatu nantu à un vassoio, è a deposizione epitassiale hè poi realizata nantu à u sustratu utilizendu a tecnulugia CVD. Questa basa di supportu hè una basa di grafite rivestita di SiC.
Cum'è cumpunente principale, u substratu di grafite presenta una resistenza specifica è un modulu specificu elevati, è ancu una bona resistenza à i shock termichi è à a corrosione. Tuttavia, durante a pruduzzione, a grafite hè sottumessa à a corrosione è à u spargimentu di polvere per via di gasi currusivi è cumposti organometallici residuali, riducendu significativamente a durata di vita di u substratu. À u listessu tempu, a polvere di grafite sparsa pò contaminà i chip. In a pruduzzione di wafer epitassiali di carburo di siliciu, hè diventatu sempre più difficiule di risponde à i requisiti sempre più severi per i materiali di grafite, limitendu severamente u so sviluppu è l'applicazione pratica. Di cunsiguenza,tecnulugia di rivestimentuhè apparsu cum'è una suluzione.
Vantaghji di i rivestimenti SiC in l'industria di i semiconduttori
E proprietà fisiche è chimiche di i rivestimenti devenu risponde à esigenze rigorose per a resistenza à alta temperatura è à a corrosione, postu chì queste anu un impattu direttu nantu à u rendimentu è a durata di vita di u produttu. U materiale SiC pussede una alta resistenza, una alta durezza, un bassu coefficiente di dilatazione termica è una eccellente conducibilità termica, ciò chì ne face un materiale strutturale è semiconduttore criticu per alta temperatura. Quandu hè applicatu à i substrati di grafite, i so vantaghji includenu:
1) U SiC hè resistente à a currusione è pò incapsulà cumpletamente u sustratu di grafite. A so alta densità impedisce i danni da i gasi currusivi.
2) U SiC hà una alta cunduttività termica è una forte forza di legame cù u sustratu di grafite, assicurendu chì u rivestimentu resti intattu ancu dopu à cicli ripetuti di alta-bassa temperatura.
3) U SiC pussede una eccellente stabilità chimica, chì impedisce a rottura di u rivestimentu in atmosfere corrosive à alta temperatura.
Inoltre, i forni epitassiali fatti di materiali diversi necessitanu vassoi di grafite cù specifiche di prestazione specifiche. U coefficientu di dilatazione termica di u materiale di grafite deve esse cumpatibile cù a temperatura di crescita di u fornu epitassiale. Per esempiu, postu chì a temperatura di crescita per l'epitassia di carburo di siliciu hè alta, sò richiesti vassoi cù un altu gradu di currispundenza di u coefficientu di dilatazione termica. U coefficientu di dilatazione termica di SiC differisce assai pocu da quellu di a grafite, ciò chì ne face u materiale preferitu per u rivestimentu di a superficia di i substrati di grafite.
U SiC esiste in parechje forme cristalline, e più cumune essendu attualmente i tipi 3C, 4H è 6H, ognuna di e quali serve diverse applicazioni. Per esempiu, u 4H-SiC hè adupratu per fabricà dispositivi d'alta putenza; u 6H-SiC hè u più stabile è hè adupratu per fabricà dispositivi optoelettronici; è u 3C-SiC, per via di a so similitudine strutturale cù u GaN, hè adupratu per pruduce strati epitassiali di GaN per a fabricazione di dispositivi RF SiC-GaN. U 3C-SiC hè ancu cumunemente chjamatu β-SiC. Una applicazione chjave di u β-SiC hè cum'è materiale di film sottile è di rivestimentu; di cunsiguenza, u β-SiC hè attualmente u materiale primariu adupratu per i rivestimenti.
Cum'è un cunsumabile cumunu in a pruduzzione di semiconduttori, i rivestimenti di SiC sò principalmente aduprati in prucessi cum'è a preparazione di u substratu, l'epitassia, l'ossidazione è a diffusione, l'incisione è l'impiantu ionicu. E proprietà fisiche è chimiche di u rivestimentu devenu risponde à requisiti rigorosi per a resistenza à alta temperatura è a resistenza à a corrosione, postu chì queste anu un impattu direttu nantu à u rendimentu è a durata di vita di u produttu. Di cunsiguenza, a preparazione di i rivestimenti di SiC hè critica.
Prucessu per a preparazione di rivestimenti di carburo di siliciu
Attualmente, i metudi principali per a preparazione di rivestimenti di SiC includenu u metudu sol-gel, u metudu d'inclusione, u rivestimentu à spazzola, a spruzzatura à plasma, a reazione chimica di vapore (CVR) è a deposizione chimica di vapore (CVD).
Metudu d'Incorporazione
Stu metudu hè un tipu di sinterizazione à statu solidu à alta temperatura. Utilizza principalmente una mistura di polvere di siliciu (Si) è polvere di carbone (C) cum'è polvere d'inclusione. Un sustratu di grafite hè piazzatu in a polvere d'inclusione è sinterizatu à alte temperature in una atmosfera di gas inerte, furmendu infine un rivestimentu di SiC nantu à a superficia di u sustratu di grafite. Stu metudu presenta un prucessu simplice è una bona adesione trà u rivestimentu è u sustratu; tuttavia, u rivestimentu mostra una scarsa uniformità longu a direzzione di u spessore è hè propensu à sviluppà numerosi pori, risultendu in una scarsa resistenza à l'ossidazione.
Metudu di Rivestimentu à Spazzola
U metudu di rivestimentu à spazzola implica principalmente l'applicazione di materia prima liquida à a superficia di u sustratu di grafite, seguita da a polimerizazione di u materiale à una temperatura specifica per furmà u rivestimentu. Stu metudu hè simplice è economicu; tuttavia, u rivestimentu risultante presenta una debule adesione à u sustratu, una scarsa uniformità, è hè relativamente sottile cù una bassa resistenza à l'ossidazione, ciò chì richiede metudi supplementari.
Metudu di spruzzatura à plasma
U metudu di spruzzatura à plasma implica l'usu di una pistola à plasma per spruzzà materia prima fusa o semi-fusa nantu à a superficia di u sustratu di grafite, chì poi si solidifica è si lega per furmà un rivestimentu. Stu metudu hè simplice da aduprà è pò pruduce rivestimenti di carburo di siliciu relativamente densi; tuttavia, i rivestimenti risultanti sò spessu troppu fini, ciò chì porta à una scarsa resistenza à l'ossidazione. Dunque, hè generalmente adupratu in a preparazione di rivestimenti cumposti di SiC per migliurà a qualità di u rivestimentu.
Metudu Gel-Sol
U metudu gel-sol implica principalmente a preparazione di una suluzione di sol uniforme è trasparente per rivestisce a superficia di u sustratu. Dopu l'asciugatura in un gel, u materiale hè sinterizatu per furmà u rivestimentu. Stu metudu hè simplice da aduprà è relativamente pocu costu; tuttavia, i rivestimenti risultanti soffrenu di inconvenienti cum'è una bassa resistenza à i shock termichi è una tendenza à crepà, limitendu a so applicazione diffusa.
Metudu di Reazione Chimica à Vapore (CVR)
U CVR utilizza principalmente polveri di Si è SiO₂ per generà vapore di SiO₂ à alte temperature, scatenendu una seria di reazioni chimiche nantu à a superficia di u substratu di Si per furmà un rivestimentu di SiC. U rivestimentu di SiC pruduttu da questu metudu si lega strettamente à u substratu; tuttavia, a temperatura di reazione hè alta, è u costu hè ancu relativamente altu.
Deposizione Chimica da Vapore (CVD)
A CVD hè attualmente a tecnulugia primaria per a preparazione di rivestimenti di SiC nantu à e superfici di u substratu. U prucessu principale implica una seria di reazzioni fisicu-chimiche trà i reagenti gassosi è a superficia di u substratu, chì portanu infine à a deposizione di un rivestimentu di SiC. I rivestimenti di SiC prudutti da a tecnulugia CVD si leganu strettamente à a superficia di u substratu è ponu migliurà efficacemente a resistenza à l'ossidazione è a resistenza à l'ablazione di u materiale di u substratu; tuttavia, questu metudu richiede un tempu di deposizione relativamente longu, è i gasi di reazione cuntenenu certi cumpunenti tossichi.
Tendenze in i rivestimenti di SiC
I rivestimenti di SiC sò principalmente aduprati cum'è cunsumabili in a fabricazione di semiconduttori, cù indicatori chjave di prestazione chì includenu l'uniformità di u rivestimentu, u coefficientu di dilatazione termica è a cunduttività termica. Mentre ci hè una dumanda interna significativa di rivestimenti di SiC in Cina, a tecnulugia ferma immatura. À l'esteru, solu una sucietà americana opera in questu campu, è i so prudutti sò relativamente cari.
Barche di cristallusò cunsumabili utilizati in a pruduzzione epitassiale chì ponu rimpiazzà a grafite rivestita di SiC, ancu s'è u vulume di u mercatu hè chjucu. Dopu ci hè a grafite rivestita di TaC, chì offre una megliu resistenza à a corrosione chimica chè a grafite nuda o a grafite rivestita di SiC, ma hè pruibitivamente cara è hè sempre in e prime fasi di sviluppu. Attualmente, cumpagnie naziunali cum'èLiufang semiconductor, Semicira, èVetek Semiconductorsò impegnati in R&S in questu duminiu.
Data di publicazione: 20 di maghju di u 2026