SiC-beschichtete Graphitsubstrate werden häufig zur Unterstützung und Erwärmung von Einkristallsubstraten in MOCVD-Anlagen (metallorganische chemische Gasphasenabscheidung) eingesetzt. Die thermische Stabilität, die thermische Homogenität und andere Leistungsparameter der SiC-beschichteten Graphitsubstrate spielen eine entscheidende Rolle für die Qualität des epitaxialen Materialwachstums und sind daher eine zentrale Schlüsselkomponente von MOCVD-Anlagen.
Im Rahmen der Waferherstellung werden auf einigen Wafersubstraten Epitaxieschichten aufgebracht, um die Fertigung von Bauelementen zu ermöglichen. Typische LEDs benötigen GaAs-Epitaxieschichten auf Siliziumsubstraten. Für die Herstellung von Bauelementen wie SBDs, MOSFETs usw. für Hochspannungs-, Hochstrom- und andere Leistungsanwendungen wird eine SiC-Epitaxieschicht auf leitfähigen SiC-Substraten abgeschieden. Eine GaN-Epitaxieschicht wird auf halbisolierenden SiC-Substraten aufgebracht, um HEMTs und andere Bauelemente für HF-Anwendungen wie die Kommunikation herzustellen. Dieser Prozess ist untrennbar mit CVD-Anlagen verbunden.
Bei CVD-Anlagen kann das Substrat nicht direkt auf das Metall oder einfach auf eine Trägerplatte für die Epitaxie aufgebracht werden, da dies Einflussfaktoren wie Gasströmung (horizontal, vertikal), Temperatur, Druck, Fixierung, Ablösung von Verunreinigungen und andere Aspekte mit sich bringt. Daher ist es notwendig, eine Trägerplatte zu verwenden, auf der das Substrat platziert wird. Die Trägerplatte besteht aus SiC-beschichtetem Graphit und wird auch als Tray bezeichnet. Anschließend erfolgt die Epitaxie mittels CVD-Technologie.
SiC-beschichtete Graphitsubstrate werden häufig zur Unterstützung und Erwärmung von Einkristallsubstraten in MOCVD-Anlagen (metallorganische chemische Gasphasenabscheidung) eingesetzt. Die thermische Stabilität, die thermische Homogenität und andere Leistungsparameter der SiC-beschichteten Graphitsubstrate spielen eine entscheidende Rolle für die Qualität des epitaxialen Materialwachstums und sind daher eine zentrale Schlüsselkomponente von MOCVD-Anlagen.
Die metallorganische chemische Gasphasenabscheidung (MOCVD) ist die gängigste Technologie für das epitaktische Wachstum von GaN-Schichten in blauen LEDs. Sie zeichnet sich durch einfache Handhabung, kontrollierbare Wachstumsrate und hohe Reinheit der GaN-Schichten aus. Als wichtige Komponente der Reaktionskammer von MOCVD-Anlagen muss die für das epitaktische Wachstum der GaN-Schicht verwendete Trägerschicht hohe Temperaturbeständigkeit, gleichmäßige Wärmeleitfähigkeit, gute chemische Stabilität und hohe Temperaturwechselbeständigkeit aufweisen. Graphit erfüllt diese Anforderungen.
Als eine der Kernkomponenten von MOCVD-Anlagen dient die Graphitbasis als Träger und Heizkörper des Substrats und bestimmt somit direkt die Gleichmäßigkeit und Reinheit des Schichtmaterials. Ihre Qualität beeinflusst daher unmittelbar die Herstellung der Epitaxieschicht. Gleichzeitig unterliegt sie mit zunehmender Anzahl der Anwendungen und sich ändernden Arbeitsbedingungen einem sehr leichten Verschleiß und zählt daher zu den Verbrauchsmaterialien.
Obwohl Graphit eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit und Stabilität aufweist und sich daher als Basiskomponente von MOCVD-Anlagen bewährt hat, korrodiert es im Produktionsprozess aufgrund von Rückständen korrosiver Gase und metallorganischer Verbindungen, wodurch die Lebensdauer der Graphitbasis erheblich reduziert wird. Gleichzeitig führt das herabfallende Graphitpulver zu Verunreinigungen des Chips.
Die Entwicklung von Beschichtungstechnologien ermöglicht die Fixierung von Oberflächenpulver, verbessert die Wärmeleitfähigkeit und sorgt für eine gleichmäßige Wärmeverteilung. Sie hat sich somit zur wichtigsten Technologie zur Lösung dieses Problems entwickelt. Bei der Verwendung von Graphit in MOCVD-Anlagen muss die Graphit-basierte Oberflächenbeschichtung folgende Eigenschaften aufweisen:
(1) Die Graphitbasis kann vollständig umhüllt sein und eine gute Dichte aufweisen, da die Graphitbasis sonst in korrosiven Gasen leicht korrodiert.
(2) Die hohe Festigkeit der Verbindung mit der Graphitbasis gewährleistet, dass sich die Beschichtung auch nach mehreren Zyklen mit hohen und niedrigen Temperaturen nicht so leicht ablöst.
(3) Es verfügt über eine gute chemische Stabilität, um ein Versagen der Beschichtung bei hohen Temperaturen und in korrosiver Atmosphäre zu vermeiden.
SiC zeichnet sich durch Korrosionsbeständigkeit, hohe Wärmeleitfähigkeit, Temperaturwechselbeständigkeit und hohe chemische Stabilität aus und eignet sich hervorragend für die GaN-Epitaxie. Darüber hinaus unterscheidet sich der Wärmeausdehnungskoeffizient von SiC nur geringfügig von dem von Graphit, weshalb SiC das bevorzugte Material für die Oberflächenbeschichtung von Graphitsubstraten ist.
Derzeit werden hauptsächlich SiC-Typen wie 3C, 4H und 6H verwendet, wobei die Anwendungsgebiete je nach Kristalltyp variieren. So eignet sich 4H-SiC beispielsweise für die Herstellung von Hochleistungsbauelementen; 6H-SiC ist am stabilsten und wird für photoelektrische Bauelemente eingesetzt; aufgrund seiner ähnlichen Struktur zu GaN kann 3C-SiC zur Herstellung von GaN-Epitaxieschichten und SiC-GaN-HF-Bauelementen verwendet werden. 3C-SiC ist auch unter der Bezeichnung β-SiC bekannt und wird häufig als Film- und Beschichtungsmaterial eingesetzt, weshalb β-SiC derzeit das wichtigste Beschichtungsmaterial darstellt.
Veröffentlichungsdatum: 04.08.2023