SiC 코팅 흑연 기판은 금속 유기 화학 기상 증착(MOCVD) 장비에서 단결정 기판을 지지하고 가열하는 데 일반적으로 사용됩니다. SiC 코팅 흑연 기판의 열 안정성, 열 균일성 및 기타 성능 매개변수는 에피택셜 재료 성장 품질에 결정적인 역할을 하므로 MOCVD 장비의 핵심 구성 요소입니다.
웨이퍼 제조 공정에서 일부 웨이퍼 기판에는 소자 제조를 용이하게 하기 위해 에피택셜층이 추가로 형성됩니다. 일반적인 LED 발광 소자는 실리콘 기판 위에 GaAs 에피택셜층을 형성해야 합니다. SiC 에피택셜층은 전도성 SiC 기판 위에 성장되어 고전압, 고전류 및 기타 전력 응용 분야에 사용되는 SBD, MOSFET 등의 소자를 형성합니다. GaN 에피택셜층은 반절연 SiC 기판 위에 형성되어 통신과 같은 RF 응용 분야에 사용되는 HEMT 및 기타 소자를 형성합니다. 이 공정은 CVD 장비와 불가분의 관계에 있습니다.
CVD 장비에서는 기판을 금속 위에 직접 놓거나 에피택셜 증착을 위해 베이스 위에 간단히 놓을 수 없습니다. 이는 가스 흐름(수평, 수직), 온도, 압력, 고정, 오염 물질 제거 및 기타 여러 요인이 영향을 미치기 때문입니다. 따라서 베이스가 필요하며, 그런 다음 기판을 디스크 위에 놓고 CVD 기술을 사용하여 기판 위에 에피택셜 증착을 수행합니다. 이 베이스는 SiC 코팅된 흑연 베이스(트레이라고도 함)입니다.
SiC 코팅 흑연 기판은 금속 유기 화학 기상 증착(MOCVD) 장비에서 단결정 기판을 지지하고 가열하는 데 일반적으로 사용됩니다. SiC 코팅 흑연 기판의 열 안정성, 열 균일성 및 기타 성능 매개변수는 에피택셜 재료 성장 품질에 결정적인 역할을 하므로 MOCVD 장비의 핵심 구성 요소입니다.
금속-유기 화학 기상 증착(MOCVD)은 청색 LED에서 GaN 박막 에피택셜 성장을 위한 주요 기술입니다. MOCVD는 간단한 조작, 제어 가능한 성장 속도, 그리고 고순도 GaN 박막을 제조하는 장점을 가지고 있습니다. MOCVD 장비의 반응 챔버에서 중요한 구성 요소인 GaN 박막 에피택셜 성장에 사용되는 베어링 베이스는 고온 내성, 균일한 열전도도, 우수한 화학적 안정성, 강한 열충격 저항성 등의 장점을 가져야 합니다. 흑연 재료는 이러한 조건을 충족할 수 있습니다.
MOCVD 장비의 핵심 구성 요소 중 하나인 흑연 기판은 기판의 캐리어 및 발열체로, 박막 재료의 균일성과 순도를 직접 결정하므로 그 품질은 에피택셜 시트의 제조에 직접 영향을 미치며 동시에 사용 횟수가 증가하고 작업 조건이 변경됨에 따라 마모되기 쉬운 소모품에 속합니다.
흑연은 우수한 열전도도와 안정성을 가지고 있지만, MOCVD 장비의 기본 구성 요소로서 장점이 있습니다. 하지만 생산 과정에서 부식성 가스와 금속 유기물이 잔류하여 흑연 분말을 부식시키고, 흑연 기반 재료의 수명을 크게 단축시킵니다. 또한, 흑연 분말의 낙하로 인해 칩이 오염될 수 있습니다.
코팅 기술의 등장은 표면 분말 고정, 열전도도 향상, 열 분포 균일화를 가능하게 하며, 이는 이 문제를 해결하는 주요 기술로 자리 잡았습니다. MOCVD 장비 사용 환경에서 흑연 기반 표면 코팅은 다음과 같은 특성을 충족해야 합니다.
(1) 흑연기지는 충분히 감쌀 수 있고 밀도가 좋아야 하며 그렇지 않으면 부식성 가스에 의해 흑연기지가 부식되기 쉽습니다.
(2) 흑연기재와의 결합강도가 높아 고온, 저온 사이클을 여러번 반복하여도 코팅이 쉽게 벗겨지지 않습니다.
(3) 고온 및 부식성 분위기에서 코팅 파괴를 방지하기 위한 우수한 화학적 안정성을 가지고 있습니다.
SiC는 내식성, 높은 열전도도, 내열충격성, 그리고 높은 화학적 안정성이라는 장점을 가지고 있으며, GaN 에피택셜 분위기에서 잘 작동합니다. 또한, SiC의 열팽창 계수는 흑연과 거의 차이가 없으므로, 흑연 기반 표면 코팅에 적합한 소재입니다.
현재 널리 사용되는 SiC는 주로 3C, 4H, 6H형이며, 결정 유형에 따라 SiC의 용도는 서로 다릅니다. 예를 들어, 4H-SiC는 고전력 소자를 제작할 수 있고, 6H-SiC는 가장 안정적이며 광전 소자를 제작할 수 있습니다. 3C-SiC는 GaN과 구조가 유사하여 GaN 에피택셜층을 형성하고 SiC-GaN RF 소자를 제작하는 데 사용할 수 있습니다. 3C-SiC는 일반적으로 β-SiC라고도 하며, β-SiC의 주요 용도는 필름 및 코팅 재료이기 때문에 현재 β-SiC가 코팅의 주요 재료입니다.
실리콘 카바이드 코팅을 제조하는 방법
현재 SiC 코팅의 제조 방법은 주로 겔-졸법, 매립법, 브러시 코팅법, 플라즈마 분무법, 화학가스 반응법(CVR), 화학기상증착법(CVD) 등이 있다.
임베딩 방법:
이 방법은 고온 고상 소결의 일종으로, 주로 Si 분말과 C 분말의 혼합물을 매립 분말로 사용하고, 흑연 매트릭스를 매립 분말 내에 넣은 후 불활성 가스 중에서 고온 소결하여 최종적으로 흑연 매트릭스 표면에 SiC 코팅을 얻는다. 공정은 간단하고 코팅과 기판의 결합은 양호하지만, 두께 방향의 코팅 균일성이 낮아 기공이 쉽게 발생하고 내산화성이 저하되는 단점이 있다.
브러시 코팅 방법:
브러시 코팅법은 주로 흑연 매트릭스 표면에 액상 원료를 브러시로 도포한 후, 일정 온도에서 경화시켜 코팅을 제조하는 방식입니다. 공정이 간단하고 비용이 저렴하지만, 브러시 코팅법으로 제조된 코팅은 기판과의 결합력이 약하고 코팅 균일도가 낮으며, 코팅 두께가 얇고 내산화성이 낮아 다른 방법의 보완이 필요합니다.
플라즈마 분사 방법:
플라즈마 용사법은 주로 용융 또는 반용융 상태의 원료를 플라즈마 건을 이용하여 흑연 매트릭스 표면에 분사한 후, 응고 및 결합시켜 코팅을 형성하는 방법입니다. 이 방법은 조작이 간편하고 비교적 치밀한 탄화규소 코팅을 제조할 수 있지만, 이 방법으로 제조된 탄화규소 코팅은 종종 너무 약하여 산화 저항성이 약해지기 때문에 일반적으로 SiC 복합 코팅 제조에 사용되어 코팅의 품질을 향상시킵니다.
겔-졸 방법:
겔-졸법은 주로 매트릭스 표면을 덮는 균일하고 투명한 졸 용액을 제조하여 겔 상태로 건조시킨 후 소결하여 코팅을 얻는 방식입니다. 이 방법은 조작이 간단하고 비용이 저렴하지만, 생성된 코팅은 열충격 저항성이 낮고 균열이 쉽게 발생하는 등의 단점이 있어 널리 사용되지 못하고 있습니다.
화학가스반응(CVR) :
CVR은 주로 Si와 SiO₂ 분말을 사용하여 고온에서 SiO₂ 증기를 생성하여 SiC 코팅을 형성합니다. 이 과정에서 C 재료 기판 표면에서 일련의 화학 반응이 일어납니다. 이 방법으로 제조된 SiC 코팅은 기판과 밀착되지만, 반응 온도가 높고 비용이 높습니다.
화학 기상 증착(CVD) :
현재 CVD는 기판 표면에 SiC 코팅을 제조하는 주요 기술입니다. 주요 공정은 기판 표면에서 기상 반응 물질을 일련의 물리 및 화학 반응으로 처리한 후, 최종적으로 기판 표면에 증착하여 SiC 코팅을 제조합니다. CVD 기술로 제조된 SiC 코팅은 기판 표면에 밀착되어 기판 재료의 내산화성과 내삭마성을 효과적으로 향상시킬 수 있지만, 증착 시간이 길고 반응 가스에 유독 가스가 포함되어 있다는 단점이 있습니다.
SiC 코팅 흑연 기반 시장 상황
외국 제조업체들이 초기에 시작했을 당시, 그들은 확실한 선두와 높은 시장 점유율을 가지고 있었습니다. 국제적으로 SiC 코팅 흑연 베이스의 주요 공급업체는 네덜란드 Xycard, 독일 SGL Carbon(SGL), 일본 Toyo Carbon, 미국 MEMC 등이 있으며, 이들은 기본적으로 국제 시장을 점유하고 있습니다. 중국은 흑연 매트릭스 표면에 SiC 코팅을 균일하게 성장시키는 핵심 기술을 개발했지만, 고품질 흑연 매트릭스는 여전히 독일 SGL, 일본 Toyo Carbon 등의 기업에 의존하고 있습니다. 국내 기업이 제공하는 흑연 매트릭스는 열전도도, 탄성 계수, 강성 계수, 격자 결함 등의 품질 문제로 인해 서비스 수명에 영향을 미칩니다. MOCVD 장비는 SiC 코팅 흑연 베이스 사용 요건을 충족하지 못합니다.
중국 반도체 산업은 빠르게 발전하고 있으며, MOCVD 에피택셜 장비 국산화율의 점진적인 증가와 기타 공정 응용 분야의 확대에 따라 향후 SiC 코팅 흑연 기반 제품 시장도 빠르게 성장할 것으로 예상됩니다. 업계의 예비 추정에 따르면, 향후 몇 년 안에 국내 흑연 기반 시장 규모는 5억 위안을 넘어설 것으로 예상됩니다.
SiC 코팅 흑연 베이스는 화합물 반도체 산업화 장비의 핵심 부품입니다. 생산 및 제조의 핵심 기술을 확보하고, 원료-공정-장비 산업 사슬 전체의 국산화를 실현하는 것은 중국 반도체 산업의 발전을 보장하는 데 매우 중요한 전략적 의의를 지닙니다. 국내 SiC 코팅 흑연 베이스 분야는 급속한 성장을 거듭하고 있으며, 제품 품질 또한 조만간 국제적인 선진 수준에 도달할 것으로 예상됩니다.
게시 시간: 2023년 7월 24일