Графитовые основания с покрытием SiC обычно используются для поддержки и нагрева монокристаллических подложек в оборудовании для химического осаждения из паровой фазы металлоорганических соединений (MOCVD). Термическая стабильность, тепловая однородность и другие эксплуатационные параметры графитового основания с покрытием SiC играют решающую роль в качестве эпитаксиального роста материала, поэтому оно является основным ключевым компонентом оборудования MOCVD.
В процессе производства пластин эпитаксиальные слои дополнительно конструируются на некоторых подложках пластин для облегчения производства устройств. Типичные светодиодные светоизлучающие устройства должны подготовить эпитаксиальные слои GaAs на кремниевых подложках; Эпитаксиальный слой SiC выращивается на проводящей подложке SiC для создания таких устройств, как SBD, MOSFET и т. д., для высокого напряжения, сильного тока и других применений с большой мощностью; Эпитаксиальный слой GaN конструируется на полуизолированной подложке SiC для дальнейшего создания HEMT и других устройств для радиочастотных применений, таких как связь. Этот процесс неотделим от оборудования CVD.
В CVD-оборудовании подложка не может быть непосредственно размещена на металле или просто помещена на основание для эпитаксиального осаждения, поскольку это включает в себя поток газа (горизонтальный, вертикальный), температуру, давление, фиксацию, сброс загрязняющих веществ и другие аспекты факторов влияния. Поэтому необходима основа, а затем подложка размещается на диске, а затем осуществляется эпитаксиальное осаждение на подложке с использованием CVD-технологии, и эта основа представляет собой графитовое основание с покрытием SiC (также известное как поддон).
Графитовые основания с покрытием SiC обычно используются для поддержки и нагрева монокристаллических подложек в оборудовании для химического осаждения из паровой фазы металлоорганических соединений (MOCVD). Термическая стабильность, тепловая однородность и другие эксплуатационные параметры графитового основания с покрытием SiC играют решающую роль в качестве эпитаксиального роста материала, поэтому оно является основным ключевым компонентом оборудования MOCVD.
Металлоорганическое химическое осаждение из паровой фазы (MOCVD) является основной технологией для эпитаксиального роста пленок GaN в синих светодиодах. Она имеет такие преимущества, как простота эксплуатации, контролируемая скорость роста и высокая чистота пленок GaN. Как важный компонент в реакционной камере оборудования MOCVD, опорная база, используемая для эпитаксиального роста пленок GaN, должна обладать такими преимуществами, как высокая термостойкость, равномерная теплопроводность, хорошая химическая стабильность, высокая термостойкость и т. д. Графитовый материал может соответствовать вышеуказанным условиям.
Являясь одним из основных компонентов оборудования MOCVD, графитовая основа является носителем и нагревательным элементом подложки, что напрямую определяет однородность и чистоту материала пленки, поэтому ее качество напрямую влияет на подготовку эпитаксиального листа, и в то же время, с увеличением количества использований и изменением условий работы, она очень легко изнашивается, относясь к расходным материалам.
Хотя графит обладает превосходной теплопроводностью и стабильностью, он имеет хорошее преимущество в качестве базового компонента оборудования MOCVD, но в процессе производства графит будет разъедать порошок из-за остатков едких газов и металлоорганики, и срок службы графитовой основы будет значительно сокращен. В то же время падающий графитовый порошок будет загрязнять чип.
Появление технологии покрытия может обеспечить фиксацию поверхностного порошка, улучшить теплопроводность и выровнять распределение тепла, что стало основной технологией для решения этой проблемы. Графитовая основа в среде использования оборудования MOCVD, поверхностное покрытие графитовой основы должно соответствовать следующим характеристикам:
(1) Графитовое основание может быть полностью обернуто, и плотность будет хорошей, в противном случае графитовое основание легко подвергнется коррозии в едком газе.
(2) Прочность соединения с графитовой основой высокая, что гарантирует, что покрытие не отвалится после нескольких циклов высоких и низких температур.
(3) Обладает хорошей химической стабильностью, что позволяет избежать разрушения покрытия при высоких температурах и коррозионной атмосфере.
SiC обладает преимуществами коррозионной стойкости, высокой теплопроводности, стойкости к тепловому удару и высокой химической стабильности и может хорошо работать в эпитаксиальной атмосфере GaN. Кроме того, коэффициент теплового расширения SiC мало отличается от коэффициента графита, поэтому SiC является предпочтительным материалом для поверхностного покрытия графитовой основы.
В настоящее время распространенным SiC является в основном тип 3C, 4H и 6H, а применение SiC в различных типах кристаллов различно. Например, 4H-SiC может использоваться для производства высокомощных устройств; 6H-SiC является наиболее стабильным и может использоваться для производства фотоэлектрических устройств; Благодаря своей структуре, схожей с GaN, 3C-SiC может использоваться для производства эпитаксиального слоя GaN и производства радиочастотных устройств SiC-GaN. 3C-SiC также широко известен как β-SiC, и важным применением β-SiC является использование в качестве материала для пленок и покрытий, поэтому β-SiC в настоящее время является основным материалом для покрытий.
Способ получения покрытия из карбида кремния
В настоящее время основными методами получения покрытий SiC являются гель-золь-метод, метод встраивания, метод нанесения кистью, метод плазменного напыления, метод химической газовой реакции (CVR) и метод химического осаждения из паровой фазы (CVD).
Метод встраивания:
Метод представляет собой своего рода высокотемпературное твердофазное спекание, которое в основном использует смесь порошка Si и порошка C в качестве закладочного порошка, графитовая матрица помещается в закладочный порошок, и высокотемпературное спекание проводится в инертном газе, и в конечном итоге на поверхности графитовой матрицы получается покрытие SiC. Процесс прост, и сочетание между покрытием и подложкой хорошее, но однородность покрытия по направлению толщины плохая, что легко приводит к образованию большего количества отверстий и плохой стойкости к окислению.
Метод нанесения кистью:
Метод покрытия кистью в основном заключается в нанесении жидкого сырья на поверхность графитовой матрицы, а затем отверждении сырья при определенной температуре для подготовки покрытия. Процесс прост и имеет низкую стоимость, но покрытие, полученное методом покрытия кистью, слабо сочетается с подложкой, однородность покрытия плохая, покрытие тонкое и стойкость к окислению низкая, и для этого необходимы другие методы.
Метод плазменного напыления:
Метод плазменного напыления в основном заключается в распылении расплавленного или полурасплавленного сырья на поверхность графитовой матрицы с помощью плазменной пушки, а затем затвердевании и связывании для формирования покрытия. Метод прост в эксплуатации и может подготовить относительно плотное покрытие из карбида кремния, но покрытие из карбида кремния, полученное этим методом, часто оказывается слишком слабым и приводит к слабой стойкости к окислению, поэтому его обычно используют для подготовки композитного покрытия SiC для улучшения качества покрытия.
Метод гель-золь:
Метод гель-золь в основном заключается в приготовлении однородного и прозрачного раствора золя, покрывающего поверхность матрицы, высыхающего в гель, а затем спекающего для получения покрытия. Этот метод прост в эксплуатации и имеет низкую стоимость, но полученное покрытие имеет некоторые недостатки, такие как низкая термостойкость и легкое растрескивание, поэтому его нельзя широко использовать.
Химическая газовая реакция (ХГР):
CVR в основном создает покрытие SiC, используя порошок Si и SiO2 для получения пара SiO при высокой температуре, и на поверхности подложки из материала C происходит ряд химических реакций. Покрытие SiC, полученное этим методом, тесно связано с подложкой, но температура реакции выше, а стоимость выше.
Химическое осаждение из паровой фазы (CVD):
В настоящее время CVD является основной технологией для получения покрытия SiC на поверхности подложки. Основной процесс представляет собой ряд физических и химических реакций газофазного реагентного материала на поверхности подложки, и, наконец, покрытие SiC готовится путем осаждения на поверхность подложки. Покрытие SiC, полученное с помощью технологии CVD, тесно связано с поверхностью подложки, что может эффективно улучшить стойкость к окислению и абляционную стойкость материала подложки, но время осаждения этого метода больше, а реакционный газ имеет определенный токсичный газ.
Ситуация на рынке графитовой основы с покрытием SiC
Когда иностранные производители начинали рано, у них было явное лидерство и высокая доля рынка. На международном уровне основными поставщиками графитовой основы с покрытием SiC являются голландская Xycard, немецкая SGL Carbon (SGL), японская Toyo Carbon, американская MEMC и другие компании, которые в основном занимают международный рынок. Хотя Китай прорвался через ключевую основную технологию равномерного роста покрытия SiC на поверхности графитовой матрицы, высококачественная графитовая матрица по-прежнему зависит от немецкой SGL, японской Toyo Carbon и других предприятий, графитовая матрица, поставляемая отечественными предприятиями, влияет на срок службы из-за теплопроводности, модуля упругости, модуля жесткости, дефектов решетки и других проблем с качеством. Оборудование MOCVD не может соответствовать требованиям использования графитовой основы с покрытием SiC.
Китайская полупроводниковая промышленность развивается быстрыми темпами, с постепенным увеличением локализации эпитаксиального оборудования MOCVD и расширением других технологических приложений, ожидается, что будущий рынок графитовой основы с покрытием SiC будет быстро расти. По предварительным оценкам отрасли, внутренний рынок графитовой основы превысит 500 миллионов юаней в ближайшие несколько лет.
Графитовая основа с покрытием SiC является основным компонентом оборудования для индустриализации полупроводниковых соединений, освоение ключевой базовой технологии ее производства и изготовления, а также реализация локализации всей промышленной цепочки сырье-процесс-оборудование имеет большое стратегическое значение для обеспечения развития полупроводниковой промышленности Китая. Область отечественной графитовой основы с покрытием SiC процветает, и качество продукции вскоре может достичь международного передового уровня.
Время публикации: 24 июля 2023 г.