Полупроводниковые компоненты – графитовая основа с покрытием из карбида кремния

Графитовые подложки с покрытием из карбида кремния (SiC) широко используются для поддержки и нагрева монокристаллических подложек в оборудовании для металлоорганического химического осаждения из газовой фазы (MOCVD). Термическая стабильность, равномерность распределения тепла и другие параметры графитовой подложки с покрытием из SiC играют решающую роль в качестве эпитаксиального роста материала, поэтому она является ключевым компонентом оборудования MOCVD.

В процессе производства кремниевых пластин на некоторых подложках дополнительно формируются эпитаксиальные слои для облегчения изготовления устройств. Типичные светодиоды требуют подготовки эпитаксиальных слоев GaAs на кремниевых подложках; эпитаксиальный слой SiC выращивается на проводящей подложке SiC для создания таких устройств, как SBD, MOSFET и т. д., для высоковольтных, сильноточных и других силовых применений; эпитаксиальный слой GaN формируется на полуизолированной подложке SiC для дальнейшего создания HEMT и других устройств для радиочастотных применений, таких как связь. Этот процесс неотделим от оборудования CVD.

В оборудовании для химического осаждения из газовой фазы (CVD) подложку нельзя напрямую размещать на металле или просто на основании для эпитаксиального осаждения, поскольку на это влияют поток газа (горизонтальный, вертикальный), температура, давление, фиксация, удаление загрязняющих веществ и другие факторы. Поэтому необходимо использовать основание, затем разместить подложку на диске, а затем использовать технологию CVD для эпитаксиального осаждения на подложке, которая представляет собой графитовое основание с покрытием из карбида кремния (также известное как лоток).

Графитовые подложки с покрытием из карбида кремния (SiC) широко используются для поддержки и нагрева монокристаллических подложек в оборудовании для металлоорганического химического осаждения из газовой фазы (MOCVD). Термическая стабильность, равномерность распределения тепла и другие параметры графитовой подложки с покрытием из SiC играют решающую роль в качестве эпитаксиального роста материала, поэтому она является ключевым компонентом оборудования MOCVD.

Металлоорганическое химическое осаждение из паровой фазы (MOCVD) является основной технологией эпитаксиального выращивания пленок GaN для синих светодиодов. Она обладает преимуществами простоты эксплуатации, контролируемой скорости роста и высокой чистоты пленок GaN. В качестве важного компонента реакционной камеры оборудования MOCVD, опорная конструкция, используемая для эпитаксиального выращивания 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.

Графитовая основа, являясь одним из основных компонентов оборудования MOCVD, служит подложкой и нагревательным элементом, напрямую определяющим однородность и чистоту пленочного материала, поэтому ее качество напрямую влияет на получение эпитаксиального слоя. В то же время, с увеличением количества использований и изменением условий работы, она очень быстро изнашивается и относится к расходным материалам.

Несмотря на превосходную теплопроводность и стабильность, графит обладает значительными преимуществами в качестве базового компонента оборудования MOCVD, однако в процессе производства он вызывает коррозию порошка из-за остатков коррозионных газов и металлоорганических соединений, что значительно сокращает срок службы графитовой основы. Одновременно с этим, осыпающийся графитовый порошок загрязняет чип.

Появление технологий нанесения покрытий позволяет обеспечить фиксацию порошка на поверхности, повысить теплопроводность и выровнять распределение тепла, что стало основной технологией решения этой проблемы. В условиях эксплуатации оборудования MOCVD на основе графита, покрытие поверхности графитовым покрытием должно соответствовать следующим характеристикам:

(1) Графитовая основа может быть полностью обернута, и плотность хорошая, в противном случае графитовая основа легко подвергается коррозии в коррозионном газе.

(2) Прочность соединения с графитовой основой высока, что гарантирует, что покрытие не будет легко отслаиваться после нескольких циклов высоких и низких температур.

(3) Обладает хорошей химической стабильностью, что предотвращает разрушение покрытия при высоких температурах и в агрессивной атмосфере.

Карбид кремния (SiC) обладает такими преимуществами, как коррозионная стойкость, высокая теплопроводность, термостойкость и высокая химическая стабильность, и хорошо работает в эпитаксиальной атмосфере нитрида галлия (GaN). Кроме того, коэффициент теплового расширения SiC очень мало отличается от коэффициента теплового расширения графита, поэтому SiC является предпочтительным материалом для поверхностного покрытия графитовой основы.

В настоящее время наиболее распространенными типами SiC являются 3C, 4H и 6H, и применение SiC разных типов кристаллов различно. Например, 4H-SiC подходит для производства мощных устройств; 6H-SiC является наиболее стабильным и может использоваться для производства фотоэлектрических устройств; благодаря своей структуре, схожей с GaN, 3C-SiC может использоваться для получения эпитаксиального слоя GaN и производства ВЧ-устройств на основе SiC-GaN. 3C-SiC также широко известен как β-SiC, и важное применение β-SiC — это пленочные и покрывающие материалы, поэтому в настоящее время β-SiC является основным материалом для покрытий.