Cos'è il suscettore di grafite con rivestimento SIC?

Figura 1. Sussector di grafite con rivestimento per microfono

1. Strato epitassiale e la sua attrezzatura

Durante il processo di produzione del wafer, dobbiamo costruire ulteriormente uno strato epitassiale su alcuni substrati di wafer per facilitare la produzione di dispositivi. L'epitaxy si riferisce al processo di coltivazione di un nuovo singolo cristallo su un singolo substrato di cristallo che è stato accuratamente elaborato tagliando, macinato e lucidando. Il nuovo singolo cristallo può essere lo stesso materiale del substrato o un materiale diverso (omoepitassiale o eteroepitassiale). Poiché il nuovo strato di cristallo singolo cresce lungo la fase di cristallo del substrato, si chiama strato epitassiale e la produzione di dispositivi viene eseguita sullo strato epitassiale. 

Ad esempio, aGaas epitassialeLo strato viene preparato su un substrato di silicio per dispositivi a emissione di luce LED; UNSic epitassialiLo strato viene coltivato su un substrato SIC conduttivo per la costruzione di SBD, MOSFET e altri dispositivi in ​​applicazioni di alimentazione; Uno strato epitassiale GAN è costruito su un substrato SIC semi-insulante per produrre ulteriormente dispositivi come l'HEMT in applicazioni a radiofrequenza come le comunicazioni. I parametri come lo spessore dei materiali epitassiali SIC e la concentrazione del vettore di fondo determinano direttamente le varie proprietà elettriche dei dispositivi SIC. In questo processo, non possiamo fare a meno dell'attrezzatura per la deposizione di vapore chimico (CVD).

Figura 2. Modalità di crescita del film epitassiale

2. Importanza del suscettore di grafite rivestito SIC nelle apparecchiature CVD

Nell'apparecchiatura CVD, non possiamo posizionare il substrato direttamente sul metallo o semplicemente su una base per la deposizione epitassiale, poiché coinvolge molti fattori come la direzione del flusso di gas (orizzontale, verticale), temperatura, pressione, fissazione e contaminanti. Pertanto, dobbiamo usare un suscettore (portatore di wafer) Posizionare il substrato su un vassoio e utilizzare la tecnologia CVD per eseguire una deposizione epitassiale su di esso. Questo suscettore è il suscettore di grafite con rivestimento SIC (chiamato anche vassoio).

2.1 Applicazione del suscettore di grafite rivestito SIC nell'apparecchiatura MOCVD

Il suscettore di grafite con rivestimento SIC svolge un ruolo chiave inEquipaggiamento di deposizione di vapore chimico organico in metallo (MOCVD)per supportare e riscaldare substrati a cristallo singolo. La stabilità termica e l'uniformità termica di questo suscettore sono cruciali per la qualità dei materiali epitassiali, quindi è considerato un componente core indispensabile nelle apparecchiature MOCVD. La tecnologia di deposizione di vapore chimico organico metallico (MOCVD) è attualmente ampiamente utilizzata nella crescita epitassiale dei film sottili GAN nei LED blu perché ha i vantaggi di un semplice funzionamento, tasso di crescita controllabile e elevata purezza.

Come uno dei componenti principali delle apparecchiature MOCVD, il suscettore di grafite a semiconduttore Vetek è responsabile del supporto e del riscaldamento di substrati a cristalli singoli, che influenza direttamente l'uniformità e la purezza dei materiali a film sottile, e quindi è correlato alla qualità di preparazione dei wafer epitassiali. Con l'aumentare del numero di usi e l'ambiente di lavoro cambia, il suscettore di grafite è soggetto a indossare ed è quindi classificato come consumabile.

2.2. Caratteristiche del suscettore di grafite rivestito SIC

Per soddisfare le esigenze delle apparecchiature MOCVD, il rivestimento richiesto per il suscettore di grafite deve avere caratteristiche specifiche per soddisfare i seguenti standard:

✔ Buona copertura: Il rivestimento SIC deve coprire completamente il suscettore e avere un alto grado di densità per prevenire danni in un ambiente di gas corrosivo.

✔ Elevata forza di legame: Il rivestimento dovrebbe essere saldamente legato al suscettore e non facile cadere dopo più cicli ad alta temperatura e bassa temperatura.

✔ Buona stabilità chimica: Il rivestimento deve avere una buona stabilità chimica per evitare guasti ad alta temperatura e atmosfere corrosive.

2.3 Difficoltà e sfide nell'abbinamento di materiali in carburo di grafite e silicio

Il carburo di silicio (SIC) si comporta bene nelle atmosfere epitassiali GAN a causa dei suoi vantaggi come resistenza alla corrosione, alta conducibilità termica, resistenza alle shock termiche e buona stabilità chimica. Il suo coefficiente di espansione termica è simile a quello della grafite, rendendolo il materiale preferito per i rivestimenti suscettori di grafite.

Tuttavia, dopo tutto,grafiteEcarburo di siliciosono due materiali diversi e ci saranno ancora situazioni in cui il rivestimento ha una breve durata, è facile cadere e aumenta i costi a causa di diversi coefficienti di espansione termica. 

3. Tecnologia di rivestimento SIC

3.1. Tipi comuni di sic

Al momento, i tipi comuni di SIC includono 3C, 4H e 6H e diversi tipi di SIC sono adatti a scopi diversi. Ad esempio, 4H-SIC è adatto per la produzione di dispositivi ad alta potenza, 6H-SIC è relativamente stabile e può essere utilizzato per dispositivi optoelettronici e 3C-SIC può essere utilizzato per preparare gli strati epitassiali GAN e produrre dispositivi SIC-GAN RF a causa della sua struttura simile alla Gan. 3C-SIC è anche comunemente indicato come β-SIC, che viene utilizzato principalmente per film sottili e materiali di rivestimento. Pertanto, β-SIC è attualmente uno dei materiali principali per i rivestimenti.

3.2.Rivestimento in carburo di silicioMetodo di preparazione

Esistono molte opzioni per la preparazione di rivestimenti in carburo di silicio, incluso il metodo del gel-solu, il metodo di spruzzatura, il metodo di spruzzatura del fascio ionico, il metodo di reazione del vapore chimico (CVR) e il metodo di deposizione del vapore chimico (CVD). Tra questi, il metodo di deposizione di vapore chimico (CVD) è attualmente la principale tecnologia per preparare i rivestimenti SIC. Questo metodo deposita i rivestimenti SIC sulla superficie del substrato attraverso la reazione della fase gassosa, che presenta i vantaggi della stretta legame tra il rivestimento e il substrato, migliorando la resistenza all'ossidazione e la resistenza di ablazione del materiale del substrato.

Il metodo di sinterizzazione ad alta temperatura, posizionando il substrato di grafite nella polvere di incorporamento e sinterizzandolo ad alta temperatura in un'atmosfera inerte, forma infine un rivestimento SIC sulla superficie del substrato, che è chiamato metodo di incorporamento. Sebbene questo metodo sia semplice e il rivestimento sia strettamente legato al substrato, l'uniformità del rivestimento nella direzione dello spessore è scarsa e i fori sono inclini a apparire, il che riduce la resistenza all'ossidazione.

✔ Il metodo di spruzzaturaComprende la spruzzatura di materie prime liquide sulla superficie del substrato di grafite e quindi la solidificazione delle materie prime a una temperatura specifica per formare un rivestimento. Sebbene questo metodo sia a basso costo, il rivestimento è debolmente legato al substrato e il rivestimento ha una scarsa uniformità, uno spessore sottile e una scarsa resistenza all'ossidazione e di solito richiede un trattamento aggiuntivo.

✔ tecnologia di spruzzatura del raggio ionicoUtilizza una pistola a fascio ionico per spruzzare materiale fuso o parzialmente fuso sulla superficie di un substrato di grafite, che quindi si solidifica e si lega per formare un rivestimento. Sebbene l'operazione sia semplice e possa produrre un rivestimento in carburo di silicio relativamente denso, il rivestimento è facile da rompere e ha una scarsa resistenza all'ossidazione. Di solito viene utilizzato per preparare rivestimenti compositi SIC di alta qualità.

✔ Metodo sol-gel, questo metodo prevede la preparazione di una soluzione SOL uniforme e trasparente, l'applicazione sulla superficie del substrato e quindi l'essiccazione e la sinterizzazione per formare un rivestimento. Sebbene l'operazione sia semplice e il costo sia basso, il rivestimento preparato ha una bassa resistenza agli shock termici ed è soggetto a cracking, quindi la sua gamma di applicazioni è limitata.

✔ Tecnologia di reazione a vapore chimico (CVR): CVR utilizza la polvere SI e SIO2 per generare vapore SIO e forma un rivestimento SIC mediante reazione chimica sulla superficie del substrato di materiale di carbonio. Sebbene possa essere preparato un rivestimento strettamente legato, è necessaria una temperatura di reazione più elevata e il costo è elevato.

✔ deposizione di vapore chimico (CVD): CVD è attualmente la tecnologia più utilizzata per la preparazione dei rivestimenti SIC e i rivestimenti SIC sono formati da reazioni di fase gassosa sulla superficie del substrato. Il rivestimento preparato con questo metodo è strettamente legato al substrato, che migliora la resistenza all'ossidazione del substrato e la resistenza all'ablazione, ma richiede un lungo tempo di deposizione e il gas di reazione può essere tossico.

Figura 3. Diagramma di deposito vapore chimico

4. Concorrenza di mercato eSemiconduttoreInnovazione tecnologica

Nel mercato del substrato di grafite con rivestimento SIC, i produttori stranieri hanno iniziato in precedenza, con evidenti vantaggi leader e una quota di mercato più elevata. A livello internazionale, Xycard nei Paesi Bassi, SGL in Germania, Toyo Tanso in Giappone e MEMC negli Stati Uniti sono fornitori tradizionali e praticamente monopolizzano il mercato internazionale. Tuttavia, la Cina ha ora sfondato la tecnologia principale di rivestimenti SIC in crescita uniforme sulla superficie dei substrati di grafite e la sua qualità è stata verificata da clienti nazionali ed stranieri. Allo stesso tempo, ha anche alcuni vantaggi competitivi nel prezzo, che possono soddisfare i requisiti delle apparecchiature MOCVD per l'uso di substrati di grafite rivestiti con SIC. 

Semiconduttore è stato impegnato nella ricerca e nello sviluppo nel campo diRivestimenti sicper più di 20 anni. Pertanto, abbiamo lanciato la stessa tecnologia di livello buffer di SGL. Attraverso una tecnologia di elaborazione speciale, è possibile aggiungere un livello buffer tra grafite e carburo di silicio per aumentare la durata di servizio di più di due volte.