Les supports en graphite revêtus de SiC sont couramment utilisés pour supporter et chauffer les substrats monocristallins dans les équipements de dépôt chimique en phase vapeur aux organométalliques (MOCVD). La stabilité thermique, l'uniformité thermique et les autres paramètres de performance de ces supports sont déterminants pour la qualité de la croissance épitaxiale ; ils constituent donc un composant essentiel des équipements MOCVD.
Lors de la fabrication de plaquettes de silicium, des couches épitaxiales sont déposées sur certains substrats afin de faciliter la production de dispositifs. Les diodes électroluminescentes (DEL) classiques nécessitent la préparation de couches épitaxiales de GaAs sur des substrats de silicium. La couche épitaxiale de SiC est déposée sur un substrat conducteur de SiC pour la fabrication de dispositifs tels que les diodes Schottky (SBD) et les transistors MOSFET, destinés aux applications haute tension, courant élevé et autres applications de puissance. La couche épitaxiale de GaN est déposée sur un substrat semi-isolant de SiC pour la fabrication de transistors HEMT et autres dispositifs destinés aux applications radiofréquences (RF), notamment les communications. Ce procédé est indissociable de l'utilisation d'équipements de dépôt chimique en phase vapeur (CVD).
Dans un équipement CVD, le substrat ne peut être déposé directement sur le métal ni simplement sur un support pour le dépôt épitaxial, car cela implique la circulation des gaz (horizontale et verticale), la température, la pression, la fixation, l'élimination des polluants et d'autres facteurs. Il est donc nécessaire d'utiliser un support, sur lequel on place le substrat, puis de procéder au dépôt épitaxial par CVD. Ce support est généralement un plateau en graphite recouvert de SiC.
Les supports en graphite revêtus de SiC sont couramment utilisés pour supporter et chauffer les substrats monocristallins dans les équipements de dépôt chimique en phase vapeur aux organométalliques (MOCVD). La stabilité thermique, l'uniformité thermique et les autres paramètres de performance de ces supports sont déterminants pour la qualité de la croissance épitaxiale ; ils constituent donc un composant essentiel des équipements MOCVD.
Le dépôt chimique en phase vapeur organométallique (MOCVD) est la technologie de référence pour la croissance épitaxiale de films de GaN dans les LED bleues. Elle présente l'avantage d'une mise en œuvre simple, d'une vitesse de croissance contrôlable et d'une grande pureté des films de GaN obtenus. Composant essentiel de la chambre de réaction de l'équipement MOCVD, le support utilisé pour la croissance épitaxiale du film de GaN doit notamment présenter une résistance aux hautes températures, une conductivité thermique uniforme, une bonne stabilité chimique et une forte résistance aux chocs thermiques. Le graphite répond à ces exigences.
Composant essentiel de l'équipement MOCVD, la base en graphite sert de support et d'élément chauffant au substrat, déterminant ainsi l'uniformité et la pureté du matériau du film. Sa qualité influe donc directement sur la préparation de la feuille épitaxiale. De plus, avec l'augmentation du nombre d'utilisations et la modification des conditions de travail, elle s'use très facilement et fait partie des consommables.
Bien que le graphite possède une excellente conductivité thermique et une grande stabilité, ce qui en fait un composant de base idéal pour les équipements MOCVD, lors du processus de production, la corrosion de la poudre de graphite due aux résidus de gaz corrosifs et de composés organiques métalliques réduit considérablement la durée de vie du support en graphite. De plus, la chute de poudre de graphite contamine la puce.
L'émergence de la technologie de revêtement permet de fixer la poudre en surface, d'améliorer la conductivité thermique et d'homogénéiser la répartition de la chaleur, ce qui en fait la principale solution à ce problème. Dans l'environnement d'utilisation des équipements MOCVD, le revêtement de surface à base de graphite doit présenter les 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 de la combinaison avec la base en graphite est élevée pour garantir que le revêtement ne se détache pas facilement après plusieurs cycles de haute et basse température.
(3) Il possède une bonne stabilité chimique pour éviter la défaillance du revêtement à haute température et en atmosphère corrosive.
Le carbure de silicium (SiC) présente l'avantage d'une excellente résistance à la corrosion, d'une conductivité thermique élevée, d'une grande résistance aux chocs thermiques et d'une stabilité chimique remarquable. Il est parfaitement adapté à l'environnement d'épitaxie du nitrure de gallium (GaN). De plus, son coefficient de dilatation thermique étant très proche de celui du graphite, le SiC est un matériau de choix pour le revêtement de surface des substrats en graphite.
Actuellement, le SiC le plus courant est principalement de type 3C, 4H et 6H, et ses applications varient selon le type cristallin. Par exemple, le 4H-SiC permet la fabrication de dispositifs de puissance ; le 6H-SiC, le plus stable, est utilisé pour la fabrication de dispositifs photoélectriques ; grâce à sa structure similaire à celle du GaN, le 3C-SiC peut servir à la production de couches épitaxiales de GaN et à la fabrication de dispositifs RF SiC-GaN. Le 3C-SiC est également connu sous le nom de β-SiC, et son principal usage comme matériau de revêtement et de film en fait aujourd'hui le matériau de prédilection pour les revêtements.
Date de publication : 4 août 2023