Halbleiterteile – SiC-beschichtete Graphitbasis

Mit SiC beschichtete Graphitbasen werden üblicherweise zur Unterstützung und Erwärmung von Einkristallsubstraten in Geräten zur metallorganischen chemischen Gasphasenabscheidung (MOCVD) verwendet. Die thermische Stabilität, die thermische Gleichmäßigkeit und andere Leistungsparameter der SiC-beschichteten Graphitbasis spielen eine entscheidende Rolle für die Qualität des epitaktischen Materialwachstums und sind daher die zentrale Schlüsselkomponente der MOCVD-Ausrüstung.

Im Prozess der Wafer-Herstellung werden auf einigen Wafer-Substraten zusätzlich epitaktische Schichten aufgebaut, um die Herstellung von Bauelementen zu erleichtern. Typische lichtemittierende LED-Geräte müssen Epitaxieschichten aus GaAs auf Siliziumsubstraten vorbereiten; Die SiC-Epitaxieschicht wird auf dem leitfähigen SiC-Substrat für den Aufbau von Bauelementen wie SBD, MOSFET usw. für Hochspannungs-, Hochstrom- und andere Leistungsanwendungen aufgewachsen; Die GaN-Epitaxieschicht wird auf einem halbisolierten SiC-Substrat aufgebaut, um HEMT und andere Geräte für HF-Anwendungen wie Kommunikation weiter aufzubauen. Dieser Prozess ist untrennbar mit CVD-Geräten verbunden.

In der CVD-Ausrüstung kann das Substrat nicht direkt auf dem Metall platziert oder einfach auf einer Unterlage zur epitaktischen Abscheidung platziert werden, da es dabei um den Gasfluss (horizontal, vertikal), die Temperatur, den Druck, die Fixierung, die Schadstoffabgabe und andere Aspekte geht die Einflussfaktoren. Daher wird eine Basis benötigt, und dann wird das Substrat auf der Scheibe platziert, und dann wird die epitaktische Abscheidung auf dem Substrat mithilfe der CVD-Technologie durchgeführt, und diese Basis ist die SiC-beschichtete Graphitbasis (auch als Tablett bezeichnet).

Mit SiC beschichtete Graphitbasen werden üblicherweise zur Unterstützung und Erwärmung von Einkristallsubstraten in Geräten zur metallorganischen chemischen Gasphasenabscheidung (MOCVD) verwendet. Die thermische Stabilität, die thermische Gleichmäßigkeit und andere Leistungsparameter der SiC-beschichteten Graphitbasis spielen eine entscheidende Rolle für die Qualität des epitaktischen Materialwachstums und sind daher die zentrale Schlüsselkomponente der MOCVD-Ausrüstung.

Die metallorganische chemische Gasphasenabscheidung (MOCVD) ist die gängige Technologie für das epitaktische Wachstum von GaN-Filmen in blauen LEDs. Es bietet die Vorteile einer einfachen Bedienung, einer kontrollierbaren Wachstumsrate und einer hohen Reinheit der GaN-Filme. Als wichtige Komponente in der Reaktionskammer von MOCVD-Geräten muss die Lagerbasis, die für das epitaktische Wachstum von GaN-Filmen verwendet wird, die Vorteile einer hohen Temperaturbeständigkeit, einer gleichmäßigen Wärmeleitfähigkeit, einer guten chemischen Stabilität, einer starken Thermoschockbeständigkeit usw. aufweisen. Graphitmaterial kann dies erfüllen die oben genannten Bedingungen.

Als eine der Kernkomponenten von MOCVD-Geräten ist die Graphitbasis der Träger und Heizkörper des Substrats, der direkt die Gleichmäßigkeit und Reinheit des Filmmaterials bestimmt, sodass seine Qualität sich direkt auf die Vorbereitung der Epitaxiefolie auswirkt und gleichzeitig Mit zunehmender Einsatzhäufigkeit und veränderten Arbeitsbedingungen ist es sehr leicht zu tragen und gehört zu den Verbrauchsmaterialien.

Obwohl Graphit eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit und Stabilität aufweist, hat es als Basiskomponente von MOCVD-Geräten einen guten Vorteil, aber im Produktionsprozess korrodiert Graphit das Pulver aufgrund der Rückstände korrosiver Gase und metallischer organischer Stoffe und verkürzt die Lebensdauer des Pulvers Graphitbasis wird stark reduziert. Gleichzeitig führt das herabfallende Graphitpulver zu einer Verschmutzung des Spans.

Das Aufkommen der Beschichtungstechnologie kann eine Oberflächenfixierung des Pulvers ermöglichen, die Wärmeleitfähigkeit verbessern und die Wärmeverteilung ausgleichen, was zur Haupttechnologie zur Lösung dieses Problems geworden ist. Graphitbasis in MOCVD-Ausrüstungsumgebung, Graphitbasis-Oberflächenbeschichtung sollte die folgenden Eigenschaften erfüllen:

(1) Die Graphitbasis kann vollständig umwickelt werden und die Dichte ist gut, andernfalls kann die Graphitbasis im korrosiven Gas leicht korrodieren.

(2) Die Kombinationsfestigkeit mit der Graphitbasis ist hoch, um sicherzustellen, dass die Beschichtung nach mehreren Hochtemperatur- und Niedertemperaturzyklen nicht leicht abfällt.

(3) Es verfügt über eine gute chemische Stabilität, um ein Versagen der Beschichtung bei hohen Temperaturen und korrosiver Atmosphäre zu vermeiden.

SiC hat die Vorteile von Korrosionsbeständigkeit, hoher Wärmeleitfähigkeit, Wärmeschockbeständigkeit und hoher chemischer Stabilität und kann in einer GaN-Epitaxieatmosphäre gut funktionieren. Darüber hinaus unterscheidet sich der Wärmeausdehnungskoeffizient von SiC kaum von dem von Graphit, sodass SiC das bevorzugte Material für die Oberflächenbeschichtung auf Graphitbasis ist.

Derzeit ist SiC hauptsächlich vom Typ 3C, 4H und 6H verbreitet, und die SiC-Verwendung verschiedener Kristalltypen ist unterschiedlich. Mit 4H-SiC können beispielsweise Hochleistungsgeräte hergestellt werden. 6H-SiC ist am stabilsten und kann zur Herstellung fotoelektrischer Geräte verwendet werden. Aufgrund seiner ähnlichen Struktur wie GaN kann 3C-SiC zur Herstellung einer GaN-Epitaxieschicht und zur Herstellung von SiC-GaN-HF-Geräten verwendet werden. 3C-SiC ist allgemein auch als β-SiC bekannt, und eine wichtige Verwendung von β-SiC ist als Film- und Beschichtungsmaterial, sodass β-SiC derzeit das Hauptmaterial für Beschichtungen ist.

Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbidbeschichtung

Derzeit umfassen die Vorbereitungsmethoden für die SiC-Beschichtung hauptsächlich das Gel-Sol-Verfahren, das Einbettverfahren, das Bürstenbeschichtungsverfahren, das Plasmaspritzverfahren, das chemische Gasreaktionsverfahren (CVR) und das chemische Gasphasenabscheidungsverfahren (CVD).

Einbettungsmethode:

Das Verfahren ist eine Art Hochtemperatur-Festphasensinterung, bei der hauptsächlich die Mischung aus Si-Pulver und C-Pulver als Einbettungspulver verwendet wird, die Graphitmatrix in das Einbettungspulver eingebracht wird und das Hochtemperatursintern im Inertgas durchgeführt wird , und schließlich wird die SiC-Beschichtung auf der Oberfläche der Graphitmatrix erhalten. Der Prozess ist einfach und die Verbindung zwischen der Beschichtung und dem Substrat ist gut, aber die Gleichmäßigkeit der Beschichtung entlang der Dickenrichtung ist schlecht, was leicht zu mehr Löchern führt und zu einer schlechten Oxidationsbeständigkeit führt.

Streichverfahren:

Bei der Bürstenbeschichtungsmethode wird hauptsächlich das flüssige Rohmaterial auf die Oberfläche der Graphitmatrix gebürstet und das Rohmaterial dann bei einer bestimmten Temperatur ausgehärtet, um die Beschichtung vorzubereiten. Das Verfahren ist einfach und die Kosten niedrig, aber die mit der Bürstenbeschichtungsmethode hergestellte Beschichtung ist in Verbindung mit dem Substrat schwach, die Beschichtungsgleichmäßigkeit ist schlecht, die Beschichtung ist dünn und die Oxidationsbeständigkeit ist gering, und es sind andere Methoden zur Unterstützung erforderlich Es.

Plasmaspritzverfahren:

Beim Plasmaspritzverfahren werden hauptsächlich geschmolzene oder halbgeschmolzene Rohstoffe mit einer Plasmapistole auf die Oberfläche der Graphitmatrix gesprüht und anschließend verfestigt und zu einer Beschichtung verbunden. Das Verfahren ist einfach in der Handhabung und kann eine relativ dichte Siliziumkarbid-Beschichtung herstellen. Allerdings ist die durch das Verfahren hergestellte Siliziumkarbid-Beschichtung oft zu schwach und führt zu einer schwachen Oxidationsbeständigkeit, weshalb sie im Allgemeinen zur Verbesserung der Herstellung einer SiC-Verbundbeschichtung verwendet wird die Qualität der Beschichtung.

Gel-Sol-Methode:

Bei der Gel-Sol-Methode wird hauptsächlich eine gleichmäßige und transparente Sollösung hergestellt, die die Oberfläche der Matrix bedeckt, zu einem Gel getrocknet und dann gesintert, um eine Beschichtung zu erhalten. Dieses Verfahren ist einfach durchzuführen und kostengünstig, die hergestellte Beschichtung weist jedoch einige Nachteile auf, wie z. B. eine geringe Temperaturwechselbeständigkeit und leichte Rissbildung, sodass sie nicht weit verbreitet eingesetzt werden kann.

Chemische Gasreaktion (CVR):

CVR erzeugt hauptsächlich eine SiC-Beschichtung, indem Si- und SiO2-Pulver verwendet werden, um SiO-Dampf bei hoher Temperatur zu erzeugen, und auf der Oberfläche des C-Materialsubstrats findet eine Reihe chemischer Reaktionen statt. Die mit diesem Verfahren hergestellte SiC-Beschichtung ist eng mit dem Substrat verbunden, allerdings ist die Reaktionstemperatur höher und die Kosten höher.

Chemische Gasphasenabscheidung (CVD):

Derzeit ist CVD die Haupttechnologie zur Herstellung einer SiC-Beschichtung auf der Substratoberfläche. Der Hauptprozess besteht aus einer Reihe physikalischer und chemischer Reaktionen des Gasphasenreaktantenmaterials auf der Substratoberfläche, und schließlich wird die SiC-Beschichtung durch Abscheidung auf der Substratoberfläche vorbereitet. Die durch CVD-Technologie hergestellte SiC-Beschichtung ist eng mit der Oberfläche des Substrats verbunden, was die Oxidationsbeständigkeit und Ablationsbeständigkeit des Substratmaterials effektiv verbessern kann, aber die Abscheidungszeit dieser Methode ist länger und das Reaktionsgas hat eine gewisse Giftigkeit Gas.

Die Marktsituation der SiC-beschichteten Graphitbasis

Als ausländische Hersteller früh starteten, hatten sie einen klaren Vorsprung und einen hohen Marktanteil. International sind die Hauptlieferanten von SiC-beschichtetem Graphitbasis niederländisches Xycard, Deutschland SGL Carbon (SGL), Japan Toyo Carbon, das US-amerikanische MEMC und andere Unternehmen, die im Wesentlichen den internationalen Markt besetzen. Obwohl China die Schlüsselkerntechnologie des gleichmäßigen Wachstums der SiC-Beschichtung auf der Oberfläche der Graphitmatrix durchbrochen hat, hochwertige Graphitmatrix immer noch auf deutsche SGL, japanische Toyo Carbon und andere Unternehmen angewiesen ist, beeinträchtigt die von inländischen Unternehmen bereitgestellte Graphitmatrix den Service Lebensdauer aufgrund von Wärmeleitfähigkeit, Elastizitätsmodul, Starrmodul, Gitterfehlern und anderen Qualitätsproblemen. Die MOCVD-Ausrüstung kann die Anforderungen der Verwendung einer SiC-beschichteten Graphitbasis nicht erfüllen.

Chinas Halbleiterindustrie entwickelt sich rasant. Mit der allmählichen Steigerung der Lokalisierungsrate von MOCVD-Epitaxiegeräten und der Ausweitung anderer Prozessanwendungen wird erwartet, dass der zukünftige Markt für SiC-beschichtete Graphitbasisprodukte schnell wachsen wird. Nach vorläufigen Branchenschätzungen wird der inländische Markt für Graphitbasis in den nächsten Jahren 500 Millionen Yuan überschreiten.

Die mit SiC beschichtete Graphitbasis ist die Kernkomponente von Ausrüstungen für die Industrialisierung von Verbindungshalbleitern. Die Beherrschung der wichtigsten Kerntechnologien ihrer Produktion und Herstellung sowie die Verwirklichung der Lokalisierung der gesamten Rohstoff-Prozess-Ausrüstungs-Industriekette sind von großer strategischer Bedeutung für die Sicherstellung der Entwicklung von Chinas Halbleiterindustrie. Der Bereich der inländischen SiC-beschichteten Graphitbasis boomt und die Produktqualität kann bald das internationale Spitzenniveau erreichen.