Halvlederdele – SiC-belagt grafitbase

SiC-belagte grafitbaser bruges almindeligvis til at understøtte og opvarme enkeltkrystalsubstrater i udstyr til metal-organisk kemisk dampaflejring (MOCVD). Den termiske stabilitet, termiske ensartethed og andre præstationsparametre for SiC-belagt grafitbase spiller en afgørende rolle for kvaliteten af ​​epitaksial materialevækst, så det er den centrale nøglekomponent i MOCVD-udstyr.

I processen med wafer-fremstilling konstrueres epitaksiale lag yderligere på nogle wafer-substrater for at lette fremstillingen af ​​enheder. Typiske LED-lysemitterende enheder skal forberede epitaksiale lag af GaAs på siliciumsubstrater; SiC-epitaksiallaget dyrkes på det ledende SiC-substrat til konstruktion af enheder såsom SBD, MOSFET, etc., til højspænding, høj strøm og andre strømforsyninger; GaN epitaksiallag er konstrueret på semi-isoleret SiC-substrat for yderligere at konstruere HEMT og andre enheder til RF-applikationer såsom kommunikation. Denne proces er uadskillelig fra CVD-udstyr.

I CVD-udstyret kan substratet ikke placeres direkte på metallet eller blot placeres på en base til epitaksial aflejring, fordi det involverer gasstrømmen (vandret, lodret), temperatur, tryk, fiksering, udskillelse af forurenende stoffer og andre aspekter af indflydelsesfaktorerne. Derfor er der behov for en base, og derefter placeres substratet på skiven, og derefter udføres den epitaksiale aflejring på substratet ved hjælp af CVD-teknologi, og denne base er den SiC-coatede grafitbase (også kendt som bakken).

SiC-belagte grafitbaser bruges almindeligvis til at understøtte og opvarme enkeltkrystalsubstrater i udstyr til metal-organisk kemisk dampaflejring (MOCVD). Den termiske stabilitet, termiske ensartethed og andre præstationsparametre for SiC-belagt grafitbase spiller en afgørende rolle for kvaliteten af ​​epitaksial materialevækst, så det er den centrale nøglekomponent i MOCVD-udstyr.

Metal-organisk kemisk dampaflejring (MOCVD) er mainstream-teknologien til epitaksial vækst af GaN-film i blå LED. Det har fordelene ved enkel betjening, kontrollerbar væksthastighed og høj renhed af GaN-film. Som en vigtig komponent i reaktionskammeret i MOCVD-udstyr skal den lejebase, der anvendes til GaN-film-epitaksial vækst, have fordelene ved høj temperaturbestandighed, ensartet termisk ledningsevne, god kemisk stabilitet, stærk termisk stødbestandighed osv. Grafitmateriale kan opfylde ovenstående betingelser.

Som en af ​​kernekomponenterne i MOCVD-udstyr er grafitbasen bæreren og varmelegemet af substratet, som direkte bestemmer filmmaterialets ensartethed og renhed, så dets kvalitet påvirker direkte forberedelsen af ​​det epitaksiale ark og samtidig tid, med stigning i antallet af anvendelser og ændring af arbejdsforhold, er det meget let at bære, der hører til forbrugsstofferne.

Selvom grafit har fremragende termisk ledningsevne og stabilitet, har det en god fordel som basiskomponent i MOCVD-udstyr, men i produktionsprocessen vil grafit korrodere pulveret på grund af rester af ætsende gasser og metalliske organiske stoffer og levetiden for grafitbasen vil blive stærkt reduceret. Samtidig vil det faldende grafitpulver forårsage forurening af chippen.

Fremkomsten af ​​belægningsteknologi kan give overfladepulverfiksering, forbedre termisk ledningsevne og udligne varmefordelingen, hvilket er blevet den vigtigste teknologi til at løse dette problem. Grafitbase i MOCVD-udstyrsbrugsmiljøer, grafitbaseoverfladebelægning skal opfylde følgende egenskaber:

(1) Grafitbasen kan pakkes helt ind, og densiteten er god, ellers er grafitbasen let at blive korroderet i den ætsende gas.

(2) Kombinationsstyrken med grafitbasen er høj for at sikre, at belægningen ikke er let at falde af efter flere høje temperaturer og lave temperaturcyklusser.

(3) Det har god kemisk stabilitet for at undgå belægningsfejl i høj temperatur og korrosiv atmosfære.

SiC har fordelene ved korrosionsbestandighed, høj termisk ledningsevne, termisk stødbestandighed og høj kemisk stabilitet og kan fungere godt i GaN epitaksial atmosfære. Derudover afviger den termiske udvidelseskoefficient for SiC meget lidt fra den for grafit, så SiC er det foretrukne materiale til overfladebelægning af grafitbase.

På nuværende tidspunkt er den almindelige SiC hovedsageligt 3C-, 4H- og 6H-typen, og SiC-anvendelsen af ​​forskellige krystaltyper er forskellige. For eksempel kan 4H-SiC fremstille enheder med høj effekt; 6H-SiC er den mest stabile og kan fremstille fotoelektriske enheder; På grund af dens struktur, der ligner GaN, kan 3C-SiC bruges til at producere GaN epitaksiallag og fremstille SiC-GaN RF-enheder. 3C-SiC er også almindeligt kendt som β-SiC, og en vigtig anvendelse af β-SiC er som film og belægningsmateriale, så β-SiC er i øjeblikket hovedmaterialet til belægning.

Fremgangsmåde til fremstilling af siliciumcarbidbelægning

På nuværende tidspunkt omfatter fremstillingsmetoderne til SiC-belægning hovedsageligt gel-sol-metoden, indlejringsmetoden, børstebelægningsmetoden, plasmasprøjtemetoden, kemisk gasreaktionsmetode (CVR) og kemisk dampaflejringsmetode (CVD).

Indlejringsmetode:

Metoden er en slags højtemperatur fastfasesintring, som hovedsageligt bruger blandingen af ​​Si-pulver og C-pulver som indlejringspulver, grafitmatrixen placeres i indlejringspulveret, og højtemperatursintringen udføres i den inerte gas og endelig opnås SiC-belægningen på overfladen af ​​grafitmatrixen. Processen er enkel, og kombinationen mellem belægningen og substratet er god, men ensartetheden af ​​belægningen langs tykkelsesretningen er dårlig, hvilket er let at producere flere huller og fører til dårlig oxidationsmodstand.

Børstebelægningsmetode:

Børstebelægningsmetoden er hovedsageligt at børste det flydende råmateriale på overfladen af ​​grafitmatrixen og derefter hærde råmaterialet ved en bestemt temperatur for at forberede belægningen. Processen er enkel, og omkostningerne er lave, men belægningen fremstillet ved børstebelægningsmetoden er svag i kombination med substratet, belægningens ensartethed er dårlig, belægningen er tynd, og oxidationsmodstanden er lav, og andre metoder er nødvendige for at hjælpe det.

Plasma sprøjtemetode:

Plasmasprøjtemetoden er hovedsageligt at sprøjte smeltede eller halvsmeltede råmaterialer på overfladen af ​​grafitmatrixen med en plasmapistol og derefter størkne og binde til en belægning. Metoden er enkel at betjene og kan fremstille en relativt tæt siliciumcarbidbelægning, men siliciumcarbidbelægningen fremstillet ved metoden er ofte for svag og fører til svag oxidationsmodstand, så den bruges generelt til fremstilling af SiC-kompositbelægning for at forbedre kvaliteten af ​​belægningen.

Gel-sol metode:

Gel-sol-metoden er hovedsageligt at fremstille en ensartet og gennemsigtig solopløsning, der dækker overfladen af ​​matrixen, tørrer til en gel og derefter sintring for at opnå en belægning. Denne metode er enkel at betjene og lav i omkostninger, men den fremstillede belægning har nogle mangler, såsom lav termisk stødmodstand og let revnedannelse, så den kan ikke anvendes bredt.

Kemisk gasreaktion (CVR):

CVR genererer hovedsageligt SiC-belægning ved at bruge Si- og SiO2-pulver til at generere SiO-damp ved høj temperatur, og en række kemiske reaktioner forekommer på overfladen af ​​C-materialesubstratet. SiC-belægningen fremstillet ved denne metode er tæt bundet til substratet, men reaktionstemperaturen er højere, og omkostningerne er højere.

Kemisk dampaflejring (CVD):

På nuværende tidspunkt er CVD den vigtigste teknologi til fremstilling af SiC-belægning på substratoverfladen. Hovedprocessen er en række fysiske og kemiske reaktioner af gasfasereaktantmateriale på substratoverfladen, og endelig fremstilles SiC-belægningen ved aflejring på substratoverfladen. SiC-belægningen fremstillet ved CVD-teknologi er tæt bundet til overfladen af ​​substratet, hvilket effektivt kan forbedre oxidationsmodstanden og ablativ modstand af substratmaterialet, men aflejringstiden for denne metode er længere, og reaktionsgassen har en vis giftig gas.

Markedssituationen for SiC-belagt grafitbase

Da udenlandske producenter startede tidligt, havde de et klart forspring og en høj markedsandel. Internationalt er de almindelige leverandører af SiC-belagt grafitbase hollandske Xycard, Tyskland SGL Carbon (SGL), Japan Toyo Carbon, USA MEMC og andre virksomheder, som dybest set besætter det internationale marked. Selvom Kina har brudt gennem nøglekerneteknologien med ensartet vækst af SiC-belægning på overfladen af ​​grafitmatrix, er grafitmatrix af høj kvalitet stadig afhængig af tyske SGL, Japan Toyo Carbon og andre virksomheder, påvirker grafitmatricen leveret af indenlandske virksomheder tjenesten levetid på grund af termisk ledningsevne, elasticitetsmodul, stivt modul, gitterdefekter og andre kvalitetsproblemer. MOCVD-udstyret kan ikke opfylde kravene til brug af SiC-belagt grafitbase.

Kinas halvlederindustri udvikler sig hurtigt, med den gradvise stigning i lokaliseringshastigheden for MOCVD epitaksialt udstyr og udvidelse af andre procesapplikationer, forventes det fremtidige SiC-belagte grafitbaseproduktmarked at vokse hurtigt. Ifølge foreløbige industriestimat vil det indenlandske grafitbasemarked overstige 500 millioner yuan i de næste par år.

SiC-belagt grafitbase er kernekomponenten i sammensat halvlederindustrialiseringsudstyr, at beherske nøglekerneteknologien for dets produktion og fremstilling, og at realisere lokaliseringen af ​​hele råmateriale-proces-udstyr industrikæden er af stor strategisk betydning for at sikre udviklingen af Kinas halvlederindustri. Området for indenlandsk SiC-belagt grafitbase blomstrer, og produktkvaliteten kan snart nå det internationale avancerede niveau.