SiC-belagda grafitbaser används ofta för att stödja och värma enkristallsubstrat i utrustning för metallorganisk kemisk ångavsättning (MOCVD). Termisk stabilitet, termisk likformighet och andra prestandaparametrar för SiC-belagd grafitbas spelar en avgörande roll för kvaliteten på epitaxiellt materialtillväxt, så det är den viktigaste nyckelkomponenten i MOCVD-utrustning.
I tillverkningsprocessen för wafers konstrueras epitaxiella lager ytterligare på vissa wafersubstrat för att underlätta tillverkningen av enheter. Typiska LED-ljusemitterande enheter behöver framställa epitaxiella lager av GaAs på kiselsubstrat; SiC-epitaxiellt lager odlas på det ledande SiC-substratet för konstruktion av enheter som SBD, MOSFET, etc., för högspänning, högström och andra kraftapplikationer; GaN-epitaxiellt lager konstrueras på halvisolerat SiC-substrat för att ytterligare konstruera HEMT och andra enheter för RF-applikationer såsom kommunikation. Denna process är oskiljaktig från CVD-utrustning.
I CVD-utrustning kan substratet inte placeras direkt på metallen eller helt enkelt placeras på en bas för epitaxiell avsättning, eftersom det involverar gasflöde (horisontellt, vertikalt), temperatur, tryck, fixering, avgivning av föroreningar och andra aspekter av påverkande faktorer. Därför behövs en bas, och sedan placeras substratet på skivan, och sedan utförs den epitaxiella avsättningen på substratet med hjälp av CVD-teknik, och denna bas är den SiC-belagda grafitbasen (även känd som brickan).
SiC-belagda grafitbaser används ofta för att stödja och värma enkristallsubstrat i utrustning för metallorganisk kemisk ångavsättning (MOCVD). Termisk stabilitet, termisk likformighet och andra prestandaparametrar för SiC-belagd grafitbas spelar en avgörande roll för kvaliteten på epitaxiellt materialtillväxt, så det är den viktigaste nyckelkomponenten i MOCVD-utrustning.
Metallorganisk kemisk ångdeponering (MOCVD) är den vanligaste tekniken för epitaxiell tillväxt av GaN-filmer i blå LED. Den har fördelarna med enkel drift, kontrollerbar tillväxthastighet och hög renhet hos GaN-filmer. Som en viktig komponent i reaktionskammaren i MOCVD-utrustning måste lagerbasen som används för epitaxiell tillväxt av GaN-film ha fördelarna med hög temperaturbeständighet, jämn värmeledningsförmåga, god kemisk stabilitet, stark termisk chockbeständighet etc. Grafitmaterial kan uppfylla ovanstående villkor.
Som en av kärnkomponenterna i MOCVD-utrustning är grafitbasen bäraren och värmekroppen för substratet, vilket direkt bestämmer filmmaterialets enhetlighet och renhet, så dess kvalitet påverkar direkt framställningen av epitaxialarket, och samtidigt, med ökningen av antalet användningsområden och förändringen av arbetsförhållandena, är det mycket lätt att bära och tillhör förbrukningsvarorna.
Även om grafit har utmärkt värmeledningsförmåga och stabilitet har den en god fördel som baskomponent i MOCVD-utrustning, men under produktionsprocessen kommer grafit att korrodera pulvret på grund av rester av korrosiva gaser och metallorganiska ämnen, vilket minskar grafitbasens livslängd kraftigt. Samtidigt kommer det fallande grafitpulvret att orsaka föroreningar på chipet.
Framväxten av beläggningsteknik kan ge fixering av pulverytor, förbättra värmeledningsförmågan och utjämna värmefördelningen, vilket har blivit den viktigaste tekniken för att lösa detta problem. Grafitbaserade ytbeläggningar bör uppfylla följande egenskaper i MOCVD-utrustningsmiljöer:
(1) Grafitbasen kan lindas in helt och har god densitet, annars är grafitbasen lätt att korrodera i den korrosiva gasen.
(2) Kombinationen av styrkan och grafitbasen är hög för att säkerställa att beläggningen inte lätt faller av efter flera högtemperatur- och lågtemperaturcykler.
(3) Den har god kemisk stabilitet för att undvika beläggningsfel i hög temperatur och korrosiv atmosfär.
SiC har fördelarna med korrosionsbeständighet, hög värmeledningsförmåga, termisk chockbeständighet och hög kemisk stabilitet, och kan fungera bra i GaN-epitaxiell atmosfär. Dessutom skiljer sig SiC:s värmeutvidgningskoefficient mycket lite från grafits, så SiC är det föredragna materialet för ytbeläggning av grafitbas.
För närvarande är den vanligaste SiC-typen huvudsakligen av 3C-, 4H- och 6H-typen, och SiC-användningarna för olika kristalltyper skiljer sig åt. Till exempel kan 4H-SiC tillverka högeffektskomponenter; 6H-SiC är den mest stabila och kan tillverka fotoelektriska komponenter; På grund av sin liknande struktur som GaN kan 3C-SiC användas för att producera GaN-epitaxialskikt och tillverka SiC-GaN RF-komponenter. 3C-SiC är också allmänt känt som β-SiC, och en viktig användning av β-SiC är som film- och beläggningsmaterial, så β-SiC är för närvarande det huvudsakliga materialet för beläggning.
Metod för framställning av kiselkarbidbeläggning
För närvarande inkluderar framställningsmetoderna för SiC-beläggning huvudsakligen gel-sol-metoden, inbäddningsmetoden, borstbeläggningsmetoden, plasmasprutningsmetoden, kemisk gasreaktionsmetod (CVR) och kemisk ångavsättningsmetod (CVD).
Inbäddningsmetod:
Metoden är en typ av högtemperaturfastfassintring, där man huvudsakligen använder en blandning av Si-pulver och C-pulver som inbäddningspulver. Grafitmatrisen placeras i inbäddningspulvret, högtemperatursintringen utförs i inert gas och slutligen bildas en SiC-beläggning på grafitmatrisens yta. Processen är enkel och kombinationen mellan beläggning och substrat är god, men beläggningens jämnhet längs tjockleksriktningen är dålig, vilket lätt leder till fler hål och dålig oxidationsbeständighet.
Borstbeläggningsmetod:
Borstbeläggningsmetoden går huvudsakligen ut på att pensla det flytande råmaterialet på ytan av grafitmatrisen och sedan härda råmaterialet vid en viss temperatur för att framställa beläggningen. Processen är enkel och kostnaden låg, men beläggningen som framställs med borstbeläggningsmetoden är svag i kombination med substratet, beläggningens jämnhet är dålig, beläggningen är tunn och oxidationsbeständigheten är låg, och andra metoder behövs för att underlätta detta.
Plasmasprutningsmetod:
Plasmasprutningsmetoden går huvudsakligen ut på att spruta smälta eller halvsmälta råmaterial på ytan av grafitmatrisen med en plasmapistol, och sedan stelna och binda för att bilda en beläggning. Metoden är enkel att använda och kan framställa en relativt tät kiselkarbidbeläggning, men kiselkarbidbeläggningen som framställs med metoden är ofta för svag och leder till svag oxidationsbeständighet, så den används generellt för framställning av SiC-kompositbeläggningar för att förbättra beläggningens kvalitet.
Gel-sol-metoden:
Gel-sol-metoden går huvudsakligen ut på att framställa en enhetlig och transparent sollösning som täcker matrisens yta, torka till en gel och sedan sintra för att erhålla en beläggning. Denna metod är enkel att använda och billig, men den producerade beläggningen har vissa brister såsom låg termisk chockbeständighet och lätt sprickbildning, så den kan inte användas i stor utsträckning.
Kemisk gasreaktion (CVR):
CVR genererar huvudsakligen SiC-beläggning genom att använda Si- och SiO2-pulver för att generera SiO-ånga vid hög temperatur, och en serie kemiska reaktioner sker på ytan av C-materialsubstratet. SiC-beläggningen som framställs med denna metod är nära bunden till substratet, men reaktionstemperaturen är högre och kostnaden är högre.
Kemisk ångdeponering (CVD):
För närvarande är CVD den huvudsakliga tekniken för att framställa SiC-beläggningar på substratytan. Huvudprocessen är en serie fysikaliska och kemiska reaktioner av gasfasreaktantmaterialet på substratytan, och slutligen framställs SiC-beläggningen genom avsättning på substratytan. SiC-beläggningen som framställs med CVD-teknik binds tätt till substratytan, vilket effektivt kan förbättra oxidationsbeständigheten och ablationsbeständigheten hos substratmaterialet, men avsättningstiden för denna metod är längre och reaktionsgasen innehåller en viss giftig gas.
Marknadssituationen för SiC-belagd grafitbas
När utländska tillverkare började tidigt hade de en tydlig ledning och en hög marknadsandel. Internationellt sett är de huvudsakliga leverantörerna av SiC-belagd grafitbas nederländska Xycard, tyska SGL Carbon (SGL), japanska Toyo Carbon, amerikanska MEMC och andra företag, som i huvudsak ockuperar den internationella marknaden. Även om Kina har brutit igenom den viktigaste kärntekniken för jämn tillväxt av SiC-beläggning på ytan av grafitmatrisen, förlitar sig högkvalitativ grafitmatris fortfarande på tyska SGL, japanska Toyo Carbon och andra företag. Grafitmatrisen som tillhandahålls av inhemska företag påverkar livslängden på grund av värmeledningsförmåga, elasticitetsmodul, styvhetsmodul, gitterdefekter och andra kvalitetsproblem. MOCVD-utrustningen kan inte uppfylla kraven för användning av SiC-belagd grafitbas.
Kinas halvledarindustri utvecklas snabbt, och med den gradvisa ökningen av lokaliseringshastigheten för MOCVD-epitaxiell utrustning och expansionen av andra processtillämpningar förväntas den framtida marknaden för SiC-belagda grafitbaserade produkter växa snabbt. Enligt preliminära branschuppskattningar kommer den inhemska marknaden för grafitbaserade produkter att överstiga 500 miljoner yuan under de närmaste åren.
SiC-belagd grafitbas är kärnkomponenten i industrialiseringsutrustning för sammansatta halvledare. Att behärska den viktigaste kärntekniken för dess produktion och tillverkning, och att förverkliga lokaliseringen av hela råvaru-, process- och utrustningsindustrikedjan är av stor strategisk betydelse för att säkerställa utvecklingen av Kinas halvledarindustri. Området för inhemsk SiC-belagd grafitbas blomstrar, och produktkvaliteten kan snart nå en internationellt avancerad nivå.
Publiceringstid: 24 juli 2023