Епитаксијални слој је специфичан танки монокристални филм узгајан на подлози од плочице епитаксијалним поступком; подлога и епитаксијални филм се заједнички називају епитаксијална плочица. Међу њима, узгајање епитаксијалног слоја силицијум карбида на проводљивој подлози од силицијум карбида производи хомогену епитаксијалну плочицу од силицијум карбида, која се даље може прерађивати у уређаје за напајање као што су Шотки диоде, MOSFET-ови и IGBT-ови. Најшире коришћени тип подлоге је 4H-SiC подлога.
Пошто се практично сви уређаји израђују на епитаксијалним слојевима, квалитет епитаксијалног слоја има значајан утицај на перформансе уређаја. Међутим, на квалитет епитаксијалног слоја утиче обрада кристала и подлоге, што га поставља на критичну тачку у индустрији и игра кључну улогу у њеном развоју.
Примарне методе за припрему епитаксијалних слојева силицијум карбида укључују: таложење из паре; епитаксија течне фазе (LPE); епитаксија молекуларног снопа (MBE); и хемијско таложење из паре (CVD). Међу њима, хемијско таложење из паре (CVD) је најчешће коришћена метода за хомогену епитаксију 4H-SiC. CVD епитаксија 4H-SiC обично користи CVD опрему, која обезбеђује континуитет кристалне структуре 4H-SiC под високим температурама раста.
Код CVD опреме, подлога се не може поставити директно на металну површину или једноставно поставити на подлогу за епитаксијално наношење, јер то укључује различите факторе утицаја као што су смер протока гаса (хоризонтални, вертикални), температура, притисак, фиксација и контаминација од честица које се отпадају. Стога је потребна подлога; подлога се поставља на послужавник, а затим се на подлози врши епитаксијално наношење помоћу CVD технологије. Ова подлога је графитна подлога обложена SiC-ом.
Као основна компонента, графитна подлога се одликује високом специфичном чврстоћом и специфичним модулом, као и добром отпорношћу на термички удар и корозију. Међутим, током производње, графит је подложан корозији и осипању праха услед корозивних гасова и резидуалних органометалних једињења, што значајно смањује век трајања подлоге. Истовремено, осипани графитни прах може контаминирати чипове. У производњи епитаксијалних плочица силицијум карбида, све је теже испунити све строже захтеве за графитне материјале, што озбиљно ограничава њихов развој и практичну примену. Сходно томе,технологија премазивањапојавило се као решење.
Предности SiC премаза у полупроводничкој индустрији
Физичка и хемијска својства премаза морају да испуњавају строге захтеве за отпорност на високе температуре и корозију, јер то директно утиче на принос производа и његов век трајања. SiC материјал поседује високу чврстоћу, високу тврдоћу, низак коефицијент термичког ширења и одличну топлотну проводљивост, што га чини кључним структурним и полупроводничким материјалом за високе температуре. Када се примени на графитне подлоге, његове предности укључују:
1) SiC је отпоран на корозију и може потпуно да обухвати графитну подлогу. Његова висока густина спречава оштећења од корозивних гасова.
2) SiC има високу топлотну проводљивост и јаку чврстоћу везивања са графитном подлогом, осигуравајући да премаз остане нетакнут чак и након поновљених циклуса високе и ниске температуре.
3) SiC поседује одличну хемијску стабилност, спречавајући оштећење премаза у високотемпературним, корозивним атмосферама.
Штавише, епитаксијалне пећи направљене од различитих материјала захтевају графитне посуде са специфичним спецификацијама перформанси. Коефицијент термичког ширења графитног материјала мора бити компатибилан са температуром раста епитаксијалне пећи. На пример, пошто је температура раста за епитаксију силицијум карбида висока, потребне су посуде са високим степеном усклађивања коефицијента термичког ширења. Коефицијент термичког ширења SiC се веома мало разликује од коефицијента термичког ширења графита, што га чини преферираним материјалом за премазивање површине графитних подлога.
SiC постоји у више кристалних облика, а тренутно су најчешћи типови 3C, 4H и 6H, при чему сваки служи за различите примене. На пример, 4H-SiC се користи за производњу уређаја велике снаге; 6H-SiC је најстабилнији и користи се за производњу оптоелектронских уређаја; а 3C-SiC, због своје структурне сличности са GaN, користи се за производњу GaN епитаксијалних слојева за производњу SiC-GaN РФ уређаја. 3C-SiC се такође често назива β-SiC. Кључна примена β-SiC је као материјал за танке филмове и премазе; сходно томе, β-SiC је тренутно примарни материјал који се користи за премазе.
Као уобичајени потрошни материјал у производњи полупроводника, SiC премази се првенствено користе у процесима као што су припрема подлоге, епитаксија, оксидација и дифузија, нагризање и јонска имплантација. Физичка и хемијска својства премаза морају да испуњавају строге захтеве за отпорност на високе температуре и отпорност на корозију, јер оне директно утичу на принос производа и век трајања. Сходно томе, припрема SiC премаза је кључна.
Поступак за припрему премаза од силицијум-карбида
Тренутно, главне методе за припрему SiC премаза укључују сол-гел методу, методу уграђивања, наношење четком, плазма прскање, хемијску реакцију из паре (CVR) и хемијско таложење из паре (CVD).
Метод уграђивања
Ова метода је врста синтеровања у чврстом стању на високим температурама. Првенствено користи мешавину силицијумског (Si) праха и угљениковог (C) праха као прах за уградњу. Графитна подлога се ставља унутар праха за уградњу и синтерује на високим температурама у атмосфери инертног гаса, на крају формирајући SiC премаз на површини графитне подлоге. Ова метода се одликује једноставним поступком и добром адхезијом између премаза и подлоге; међутим, премаз показује лошу уједначеност дуж правца дебљине и склон је стварању бројних пора, што резултира лошом отпорношћу на оксидацију.
Метода премазивања четком
Метода наношења четкицом првенствено подразумева наношење течног сировина на површину графитне подлоге, након чега следи очвршћавање материјала на одређеној температури да би се формирао премаз. Ова метода је једноставна и исплатива; међутим, резултујући премаз показује слабо пријањање на подлогу, лошу уједначеност и релативно је танак са ниском отпорношћу на оксидацију, што захтева додатне методе.
Метода плазма прскања
Метод плазма прскања подразумева употребу плазма пиштоља за прскање растопљеног или полурастопљеног сировинског материјала на површину графитне подлоге, који се затим стврдњава и везује, формирајући премаз. Овај метод је једноставан за употребу и може произвести релативно густе силицијум карбидне премазе; међутим, резултујући премази су често превише танки, што доводи до лоше отпорности на оксидацију. Стога се генерално користи у припреми SiC композитних премаза како би се побољшао квалитет премаза.
Гел-Сол метода
Гел-сол метода првенствено подразумева припрему униформног, транспарентног раствора сол за премазивање површине подлоге. Након сушења у гел, материјал се синтерује да би се формирао премаз. Ова метода је једноставна за употребу и релативно јефтина; међутим, добијени премази пате од недостатака као што су ниска отпорност на термички удар и склоност ка пуцању, што ограничава њихову широку примену.
Метода хемијске реакције паром (CVR)
CVR првенствено користи Si и SiO₂ прахове за генерисање SiO₂ паре на високим температурама, покрећући низ хемијских реакција на површини Si подлоге да би се формирао SiC премаз. SiC премаз произведен овом методом се чврсто везује за подлогу; међутим, температура реакције је висока, а трошкови су такође релативно високи.
Хемијско таложење из парне фазе (CVD)
CVD је тренутно примарна технологија за припрему SiC премаза на површинама подлоге. Главни процес укључује низ физичко-хемијских реакција између гасовитих реактаната и површине подлоге, што на крају резултира таложењем SiC премаза. SiC премази произведени CVD технологијом чврсто се везују за површину подлоге и могу ефикасно побољшати отпорност материјала подлоге на оксидацију и отпорност на аблацију; међутим, ова метода захтева релативно дуго време таложења, а реакциони гасови садрже одређене токсичне компоненте.
Трендови у SiC премазима
SiC премази се првенствено користе као потрошни материјал у производњи полупроводника, а кључне метрике перформанси укључују униформност премаза, коефицијент термичког ширења и топлотну проводљивост. Иако постоји значајна домаћа потражња за SiC премазима у Кини, технологија је још увек незрела. У иностранству, само једна америчка компанија послује у овој области, а њени производи су релативно скупи.
Кристални чамцису потрошни материјали који се користе у епитаксијалној производњи и могу заменити графит обложен SiC-ом, иако је тржишна количина мала. Следећи је графит обложен TaC-ом, који нуди бољу отпорност на хемијску корозију од голог графита или графита обложеног SiC-ом, али је прескупан и још увек је у раним фазама развоја. Тренутно, домаће компаније као што суЛиуфанг семицондуцтор, СемицераиВетек Семикондукторбаве се истраживањем и развојем у овој области.
Време објаве: 20. мај 2026.