Les bases en graphite revêtues de SiC sont couramment utilisées pour supporter et chauffer des substrats monocristallins dans les équipements de dépôt chimique en phase vapeur organométallique (MOCVD). La stabilité thermique, l'uniformité thermique et d'autres paramètres de performance de la base de graphite revêtue de SiC jouent un rôle décisif dans la qualité de la croissance du matériau épitaxial, c'est donc le composant clé de base de l'équipement MOCVD.
Au cours du processus de fabrication des tranches, des couches épitaxiales sont en outre construites sur certains substrats de tranches pour faciliter la fabrication de dispositifs. Les dispositifs électroluminescents à LED typiques doivent préparer des couches épitaxiales de GaAs sur des substrats de silicium ; La couche épitaxiale SiC est cultivée sur le substrat conducteur SiC pour la construction de dispositifs tels que SBD, MOSFET, etc., pour des applications haute tension, courant élevé et autres applications de puissance ; La couche épitaxiale GaN est construite sur un substrat SiC semi-isolé pour construire davantage le HEMT et d'autres dispositifs pour les applications RF telles que la communication. Ce procédé est indissociable des équipements CVD.
Dans l'équipement CVD, le substrat ne peut pas être posé directement sur le métal ou simplement posé sur une base pour le dépôt épitaxial, car cela implique le flux de gaz (horizontal, vertical), la température, la pression, la fixation, le rejet de polluants et d'autres aspects de les facteurs d’influence. Il faut donc une base, puis le substrat est placé sur le disque, puis le dépôt épitaxial est effectué sur le substrat en utilisant la technologie CVD, et cette base est la base en graphite revêtu de SiC (également appelée plateau).
Les bases en graphite revêtues de SiC sont couramment utilisées pour supporter et chauffer des substrats monocristallins dans les équipements de dépôt chimique en phase vapeur organométallique (MOCVD). La stabilité thermique, l'uniformité thermique et d'autres paramètres de performance de la base de graphite revêtue de SiC jouent un rôle décisif dans la qualité de la croissance du matériau épitaxial, c'est donc le composant clé de base de l'équipement MOCVD.
Le dépôt chimique en phase vapeur organométallique (MOCVD) est la technologie dominante pour la croissance épitaxiale de films de GaN dans des LED bleues. Il présente les avantages d'un fonctionnement simple, d'un taux de croissance contrôlable et d'une grande pureté des films GaN. En tant que composant important de la chambre de réaction de l'équipement MOCVD, la base de roulement utilisée pour la croissance épitaxiale du film GaN doit présenter les avantages d'une résistance aux températures élevées, d'une conductivité thermique uniforme, d'une bonne stabilité chimique, d'une forte résistance aux chocs thermiques, etc. les conditions ci-dessus.
En tant qu'un des composants essentiels de l'équipement MOCVD, la base en graphite est le support et le corps chauffant du substrat, qui détermine directement l'uniformité et la pureté du matériau du film, de sorte que sa qualité affecte directement la préparation de la feuille épitaxiale, et en même temps avec le temps, avec l'augmentation du nombre d'utilisations et le changement des conditions de travail, il est très facile à porter, faisant partie des consommables.
Bien que le graphite ait une excellente conductivité thermique et stabilité, il présente un bon avantage en tant que composant de base de l'équipement MOCVD, mais dans le processus de production, le graphite corrode la poudre en raison des résidus de gaz corrosifs et de matières organiques métalliques, et de la durée de vie du la base de graphite sera considérablement réduite. Dans le même temps, la chute de poudre de graphite polluera la puce.
L'émergence de la technologie de revêtement peut assurer la fixation de la poudre en surface, améliorer la conductivité thermique et égaliser la répartition de la chaleur, ce qui est devenu la principale technologie pour résoudre ce problème. Base de graphite dans l'environnement d'utilisation des équipements MOCVD, le revêtement de surface à base de graphite doit répondre aux caractéristiques suivantes :
(1) La base en graphite peut être entièrement enveloppée et la densité est bonne, sinon la base en graphite est facile à corroder dans le gaz corrosif.
(2) La résistance combinée avec la base en graphite est élevée pour garantir que le revêtement ne tombe pas facilement après plusieurs cycles à haute et basse température.
(3) Il a une bonne stabilité chimique pour éviter la défaillance du revêtement à haute température et dans une atmosphère corrosive.
Le SiC présente les avantages d'une résistance à la corrosion, d'une conductivité thermique élevée, d'une résistance aux chocs thermiques et d'une stabilité chimique élevée, et peut bien fonctionner dans une atmosphère épitaxiale GaN. De plus, le coefficient de dilatation thermique du SiC diffère très peu de celui du graphite, le SiC est donc le matériau privilégié pour le revêtement de surface à base de graphite.
À l'heure actuelle, le SiC commun est principalement de type 3C, 4H et 6H, et les utilisations du SiC pour différents types de cristaux sont différentes. Par exemple, le 4H-SiC peut fabriquer des dispositifs haute puissance ; Le 6H-SiC est le plus stable et peut fabriquer des dispositifs photoélectriques ; En raison de sa structure similaire à celle du GaN, le 3C-SiC peut être utilisé pour produire une couche épitaxiale de GaN et fabriquer des dispositifs RF SiC-GaN. Le 3C-SiC est également communément appelé β-SiC, et une utilisation importante du β-SiC est comme matériau de film et de revêtement, de sorte que le β-SiC est actuellement le principal matériau de revêtement.
Procédé de préparation d'un revêtement en carbure de silicium
À l'heure actuelle, les méthodes de préparation du revêtement SiC comprennent principalement la méthode gel-sol, la méthode d'incorporation, la méthode de revêtement au pinceau, la méthode de pulvérisation au plasma, la méthode de réaction chimique gazeuse (CVR) et la méthode de dépôt chimique en phase vapeur (CVD).
Méthode d'intégration :
Le procédé est une sorte de frittage en phase solide à haute température, qui utilise principalement le mélange de poudre de Si et de poudre de C comme poudre d'incorporation, la matrice de graphite est placée dans la poudre d'incorporation et le frittage à haute température est effectué dans le gaz inerte. , et enfin le revêtement SiC est obtenu en surface de la matrice graphite. Le processus est simple et la combinaison entre le revêtement et le substrat est bonne, mais l'uniformité du revêtement dans le sens de l'épaisseur est médiocre, ce qui permet de produire plus de trous et conduit à une mauvaise résistance à l'oxydation.
Méthode de revêtement au pinceau :
La méthode de revêtement au pinceau consiste principalement à brosser la matière première liquide sur la surface de la matrice de graphite, puis à durcir la matière première à une certaine température pour préparer le revêtement. Le processus est simple et le coût est faible, mais le revêtement préparé par le procédé de revêtement à la brosse est faible en combinaison avec le substrat, l'uniformité du revêtement est médiocre, le revêtement est mince et la résistance à l'oxydation est faible, et d'autres méthodes sont nécessaires pour aider. il.
Méthode de pulvérisation plasma :
La méthode de pulvérisation au plasma consiste principalement à pulvériser des matières premières fondues ou semi-fondues sur la surface de la matrice de graphite avec un pistolet à plasma, puis à les solidifier et à les lier pour former un revêtement. Le procédé est simple à mettre en œuvre et permet de préparer un revêtement de carbure de silicium relativement dense, mais le revêtement de carbure de silicium préparé par le procédé est souvent trop faible et conduit à une faible résistance à l'oxydation, de sorte qu'il est généralement utilisé pour la préparation d'un revêtement composite SiC afin d'améliorer la qualité du revêtement.
Méthode gel-sol :
La méthode gel-sol consiste principalement à préparer une solution sol uniforme et transparente recouvrant la surface de la matrice, en séchant en gel puis en frittant pour obtenir un revêtement. Cette méthode est simple à mettre en œuvre et peu coûteuse, mais le revêtement produit présente certains inconvénients tels qu'une faible résistance aux chocs thermiques et une fissuration facile, de sorte qu'il ne peut pas être largement utilisé.
Réaction chimique des gaz (CVR) :
Le CVR génère principalement un revêtement SiC en utilisant de la poudre de Si et SiO2 pour générer de la vapeur de SiO à haute température, et une série de réactions chimiques se produisent à la surface du substrat en matériau C. Le revêtement SiC préparé par ce procédé est étroitement lié au substrat, mais la température de réaction est plus élevée et le coût est plus élevé.
Dépôt chimique en phase vapeur (CVD) :
À l’heure actuelle, le CVD constitue la principale technologie permettant de préparer un revêtement SiC sur la surface du substrat. Le processus principal est une série de réactions physiques et chimiques du matériau réactif en phase gazeuse sur la surface du substrat, et enfin le revêtement SiC est préparé par dépôt sur la surface du substrat. Le revêtement SiC préparé par la technologie CVD est étroitement lié à la surface du substrat, ce qui peut améliorer efficacement la résistance à l'oxydation et la résistance à l'ablation du matériau du substrat, mais le temps de dépôt de cette méthode est plus long et le gaz de réaction a une certaine toxicité. gaz.
La situation du marché de la base de graphite revêtue de SiC
Lorsque les fabricants étrangers se sont lancés tôt, ils avaient une nette avance et une part de marché élevée. À l'échelle internationale, les principaux fournisseurs de base de graphite revêtue de SiC sont le néerlandais Xycard, l'Allemagne SGL Carbon (SGL), le Japon Toyo Carbon, les États-Unis MEMC et d'autres sociétés, qui occupent essentiellement le marché international. Bien que la Chine ait franchi la technologie de base clé de croissance uniforme du revêtement SiC sur la surface de la matrice de graphite, la matrice de graphite de haute qualité dépend toujours de l'allemand SGL, du Japon Toyo Carbon et d'autres entreprises, la matrice de graphite fournie par les entreprises nationales affecte le service. durée de vie due à la conductivité thermique, au module élastique, au module rigide, aux défauts de réseau et à d'autres problèmes de qualité. L'équipement MOCVD ne peut pas répondre aux exigences d'utilisation d'une base de graphite revêtue de SiC.
L'industrie chinoise des semi-conducteurs se développe rapidement, avec l'augmentation progressive du taux de localisation des équipements épitaxiaux MOCVD et l'expansion d'autres applications de processus, le futur marché des produits à base de graphite revêtu de SiC devrait croître rapidement. Selon les estimations préliminaires de l'industrie, le marché intérieur du graphite dépassera les 500 millions de yuans dans les prochaines années.
La base de graphite revêtue de SiC est le composant central de l'équipement d'industrialisation des semi-conducteurs composés, maîtrisant la technologie de base clé de sa production et de sa fabrication, et réaliser la localisation de l'ensemble de la chaîne industrielle matière première-processus-équipement revêt une grande importance stratégique pour assurer le développement de L'industrie chinoise des semi-conducteurs. Le domaine de la base de graphite revêtue de SiC est en plein essor et la qualité du produit pourrait bientôt atteindre le niveau avancé international.
Heure de publication : 24 juillet 2023