SiC-belagte grafittbaser brukes ofte til å støtte og varme opp enkeltkrystallsubstrater i metallorganisk kjemisk dampavsetningsutstyr (MOCVD). Termisk stabilitet, termisk ensartethet og andre ytelsesparametere til SiC-belagt grafittbase spiller en avgjørende rolle i kvaliteten på epitaksial materialvekst, så det er den viktigste nøkkelkomponenten i MOCVD-utstyr.
I prosessen med waferproduksjon konstrueres epitaksiale lag videre på noen wafersubstrater for å forenkle produksjonen av enheter. Typiske LED-lysutstrålende enheter må fremstille epitaksiale lag av GaAs på silisiumsubstrater; SiC-epitaksialet dyrkes på det ledende SiC-substratet for konstruksjon av enheter som SBD, MOSFET, etc., for høyspenning, høystrøm og andre kraftapplikasjoner; GaN-epitaksialet konstrueres på halvisolert SiC-substrat for videre konstruksjon av HEMT og andre enheter for RF-applikasjoner som kommunikasjon. Denne prosessen er uatskillelig fra CVD-utstyr.
I CVD-utstyr kan ikke substratet plasseres direkte på metallet eller bare plasseres på en base for epitaksial avsetning, fordi det involverer gasstrøm (horisontal, vertikal), temperatur, trykk, fiksering, avgivelse av forurensende stoffer og andre aspekter av påvirkningsfaktorer. Derfor er det nødvendig med en base, og deretter plasseres substratet på skiven, og deretter utføres epitaksial avsetning på substratet ved hjelp av CVD-teknologi, og denne basen er den SiC-belagte grafittbasen (også kjent som brettet).
SiC-belagte grafittbaser brukes ofte til å støtte og varme opp enkeltkrystallsubstrater i metallorganisk kjemisk dampavsetningsutstyr (MOCVD). Termisk stabilitet, termisk ensartethet og andre ytelsesparametere til SiC-belagt grafittbase spiller en avgjørende rolle i kvaliteten på epitaksial materialvekst, så det er den viktigste nøkkelkomponenten i MOCVD-utstyr.
Metallorganisk kjemisk dampavsetning (MOCVD) er den vanlige teknologien for epitaksial vekst av GaN-filmer i blå LED. Den har fordelene med enkel betjening, kontrollerbar veksthastighet og høy renhet av GaN-filmer. Som en viktig komponent i reaksjonskammeret til MOCVD-utstyr, må lagerbasen som brukes for epitaksial vekst av GaN-film ha fordelene med høy temperaturbestandighet, jevn varmeledningsevne, god kjemisk stabilitet, sterk varmesjokkmotstand, etc. Grafittmateriale kan oppfylle ovennevnte betingelser.
Som en av kjernekomponentene i MOCVD-utstyr er grafittbasen bærer- og varmelegemet til substratet, som direkte bestemmer ensartetheten og renheten til filmmaterialet. Kvaliteten påvirker derfor direkte fremstillingen av epitaksialplaten. Samtidig, med økningen i antall bruksområder og endringen av arbeidsforhold, er den svært lett å bruke og tilhører forbruksmaterialene.
Selv om grafitt har utmerket varmeledningsevne og stabilitet, har den en god fordel som en basiskomponent i MOCVD-utstyr, men i produksjonsprosessen vil grafitt korrodere pulveret på grunn av rester av korrosive gasser og metalliske organiske stoffer, og levetiden til grafittbasen vil bli kraftig redusert. Samtidig vil det fallende grafittpulveret forårsake forurensning av brikken.
Fremveksten av beleggteknologi kan gi fiksering av overflatepulver, forbedre varmeledningsevnen og utjevne varmefordelingen, noe som har blitt den viktigste teknologien for å løse dette problemet. Grafittbasert overflatebelegg i bruksmiljøet til MOCVD-utstyr bør oppfylle følgende egenskaper:
(1) Grafittbasen kan pakkes inn helt, og tettheten er god, ellers er grafittbasen lett å korrodere i den korrosive gassen.
(2) Kombinasjonsstyrken med grafittbasen er høy for å sikre at belegget ikke lett faller av etter flere sykluser med høy og lav temperatur.
(3) Den har god kjemisk stabilitet for å unngå beleggssvikt i høy temperatur og korrosiv atmosfære.
SiC har fordelene med korrosjonsbestandighet, høy termisk ledningsevne, termisk sjokkmotstand og høy kjemisk stabilitet, og kan fungere godt i GaN epitaksial atmosfære. I tillegg er den termiske ekspansjonskoeffisienten til SiC svært forskjellig fra grafitt, så SiC er det foretrukne materialet for overflatebelegg på grafittbasis.
For tiden er vanlig SiC hovedsakelig av typen 3C, 4H og 6H, og SiC-bruksområdene for forskjellige krystalltyper er forskjellige. For eksempel kan 4H-SiC produsere høyeffektsenheter; 6H-SiC er den mest stabile og kan produsere fotoelektriske enheter; På grunn av sin lignende struktur som GaN, kan 3C-SiC brukes til å produsere GaN epitaksiallag og produsere SiC-GaN RF-enheter. 3C-SiC er også kjent som β-SiC, og en viktig bruk av β-SiC er som film- og beleggmateriale, så β-SiC er for tiden hovedmaterialet for belegg.
Fremgangsmåte for fremstilling av silisiumkarbidbelegg
For tiden inkluderer fremstillingsmetodene for SiC-belegg hovedsakelig gel-sol-metoden, innestøpningsmetode, børstebeleggmetode, plasmasprøytemetode, kjemisk gassreaksjonsmetode (CVR) og kjemisk dampavsetningsmetode (CVD).
Innbyggingsmetode:
Metoden er en type høytemperatur fastfasesintring, som hovedsakelig bruker en blanding av Si-pulver og C-pulver som innstøpningspulver. Grafittmatrisen plasseres i innstøpningspulveret, og høytemperatursintringen utføres i inert gass, og til slutt dannes et SiC-belegg på overflaten av grafittmatrisen. Prosessen er enkel, og kombinasjonen mellom belegg og substrat er god, men beleggets ensartethet langs tykkelsesretningen er dårlig, noe som lett fører til flere hull og dårlig oksidasjonsmotstand.
Penselbeleggmetode:
Børstebeleggmetoden går hovedsakelig ut på å påføre flytende råmateriale på overflaten av grafittmatrisen, og deretter herde råmaterialet ved en viss temperatur for å fremstille belegget. Prosessen er enkel og kostnadseffektiv, men belegget som fremstilles med børstebeleggmetoden er svakt i kombinasjon med substratet, beleggets ensartethet er dårlig, belegget er tynt og oksidasjonsmotstanden er lav, og andre metoder er nødvendige for å hjelpe til.
Plasmasprøytemetode:
Plasmasprøytingsmetoden går hovedsakelig ut på å sprøyte smeltede eller halvsmeltede råmaterialer på overflaten av grafittmatrisen med en plasmapistol, og deretter størkne og binde seg for å danne et belegg. Metoden er enkel å bruke og kan fremstille et relativt tett silisiumkarbidbelegg, men silisiumkarbidbelegget som fremstilles med metoden er ofte for svakt og fører til svak oksidasjonsmotstand, så det brukes vanligvis til fremstilling av SiC-komposittbelegg for å forbedre beleggets kvalitet.
Gel-sol-metoden:
Gel-sol-metoden går hovedsakelig ut på å fremstille en jevn og gjennomsiktig solløsning som dekker overflaten av matrisen, tørke den til en gel og deretter sintre den for å oppnå et belegg. Denne metoden er enkel å bruke og rimelig, men belegget som produseres har noen ulemper, som lav termisk sjokkmotstand og lett sprekkdannelse, så den kan ikke brukes i stor grad.
Kjemisk gassreaksjon (CVR):
CVR genererer hovedsakelig SiC-belegg ved å bruke Si- og SiO2-pulver for å generere SiO-damp ved høy temperatur, og en rekke kjemiske reaksjoner oppstår på overflaten av C-materialesubstratet. SiC-belegget som fremstilles med denne metoden er tett bundet til substratet, men reaksjonstemperaturen er høyere og kostnaden er høyere.
Kjemisk dampavsetning (CVD):
For tiden er CVD den viktigste teknologien for å fremstille SiC-belegg på substratoverflaten. Hovedprosessen er en serie fysiske og kjemiske reaksjoner av gassfasereaktantmaterialet på substratoverflaten, og til slutt fremstilles SiC-belegget ved avsetning på substratoverflaten. SiC-belegget fremstilt ved CVD-teknologi er tett bundet til substratoverflaten, noe som effektivt kan forbedre oksidasjonsmotstanden og ablasjonsmotstanden til substratmaterialet, men avsetningstiden for denne metoden er lengre, og reaksjonsgassen har en viss giftig gass.
Markedssituasjonen for SiC-belagt grafittbase
Da utenlandske produsenter startet tidlig, hadde de en klar ledelse og en høy markedsandel. Internasjonalt er de viktigste leverandørene av SiC-belagt grafittbase nederlandske Xycard, tyske SGL Carbon (SGL), Japan Toyo Carbon, USA MEMC og andre selskaper, som i hovedsak okkuperer det internasjonale markedet. Selv om Kina har brutt gjennom den viktigste kjerneteknologien for jevn vekst av SiC-belegg på overflaten av grafittmatrisen, er høykvalitets grafittmatrise fortsatt avhengig av tyske SGL, Japan Toyo Carbon og andre bedrifter. Grafittmatrisen som leveres av innenlandske bedrifter påvirker levetiden på grunn av varmeledningsevne, elastisitetsmodul, stiv modul, gitterfeil og andre kvalitetsproblemer. MOCVD-utstyret kan ikke oppfylle kravene til bruk av SiC-belagt grafittbase.
Kinas halvlederindustri er i rask utvikling. Med den gradvise økningen i lokaliseringsraten for MOCVD-epitaksialutstyr og utvidelse av andre prosessapplikasjoner, forventes det at markedet for SiC-belagte grafittbaserte produkter vil vokse raskt i fremtiden. I følge foreløpige bransjeanslag vil det innenlandske markedet for grafittbaserte produkter overstige 500 millioner yuan i løpet av de neste årene.
SiC-belagt grafittbase er kjernekomponenten i industrialiseringsutstyr for sammensatte halvledere. Det er av stor strategisk betydning å mestre den viktigste kjerneteknologien for produksjon og tilvirkning, og å realisere lokaliseringen av hele råvare-, prosess- og utstyrskjeden for å sikre utviklingen av Kinas halvlederindustri. Feltet for innenlandsk SiC-belagt grafittbase er i kraftig vekst, og produktkvaliteten kan snart nå et internasjonalt avansert nivå.
Publisert: 24. juli 2023