SiC コーティングされたグラファイト ベースは、有機金属化学気相成長 (MOCVD) 装置で単結晶基板を支持および加熱するために一般的に使用されます。 SiC コーティングされたグラファイト ベースの熱安定性、熱均一性、その他の性能パラメータはエピタキシャル材料成長の品質に決定的な役割を果たすため、MOCVD 装置の中核となる重要なコンポーネントです。
ウェハ製造のプロセスでは、デバイスの製造を容易にするために、一部のウェハ基板上にエピタキシャル層がさらに構築されます。典型的な LED 発光デバイスは、シリコン基板上に GaAs のエピタキシャル層を準備する必要があります。 SiC エピタキシャル層は、高電圧、大電流、その他の電力用途向けの SBD、MOSFET などのデバイスを構築するために導電性 SiC 基板上に成長します。 GaN エピタキシャル層は半絶縁 SiC 基板上に構築され、HEMT や通信などの RF アプリケーション用のその他のデバイスをさらに構築します。このプロセスはCVD装置とは切り離せないものです。
CVD装置では、ガスの流れ（水平、垂直）、温度、圧力、固定、汚染物質の放出などの要素が関係するため、基板を金属上に直接配置したり、単にベース上に配置してエピタキシャル堆積を行うことはできません。影響要因。したがって、ベースが必要であり、その後、基板がディスク上に配置され、CVD 技術を使用して基板上にエピタキシャル堆積が実行されます。このベースは、SiC コーティングされたグラファイト ベース (トレイとも呼ばれます) です。
SiC コーティングされたグラファイト ベースは、有機金属化学気相成長 (MOCVD) 装置で単結晶基板を支持および加熱するために一般的に使用されます。 SiC コーティングされたグラファイト ベースの熱安定性、熱均一性、その他の性能パラメータはエピタキシャル材料成長の品質に決定的な役割を果たすため、MOCVD 装置の中核となる重要なコンポーネントです。
有機金属化学気相成長法 (MOCVD) は、青色 LED の GaN 膜のエピタキシャル成長のための主流の技術です。簡単な操作、制御可能な成長速度、高純度の GaN 膜という利点があります。 MOCVD装置の反応チャンバーの重要なコンポーネントとして、GaN膜のエピタキシャル成長に使用されるベアリングベースには、高温耐性、均一な熱伝導率、優れた化学的安定性、強い熱衝撃耐性などの利点が必要です。グラファイト材料はこれらを満たすことができます。上記の条件。
MOCVD 装置の中核コンポーネントの 1 つであるグラファイト ベースは、基板のキャリアおよび加熱体であり、膜材料の均一性と純度を直接決定するため、その品質はエピタキシャル シートの作製に直接影響します。時間の経過とともに、使用回数の増加や作業条件の変化に応じて、消耗品に属するため、非常に簡単に着用できます。
黒鉛は優れた熱伝導性と安定性を備えており、MOCVD装置のベースコンポーネントとして優れた利点を持っていますが、製造プロセスにおいて、腐食性ガスや金属有機物の残留により黒鉛が粉末を腐食し、寿命が短くなります。グラファイトベースは大幅に減少します。同時に、落下した黒鉛粉がチップを汚染する原因となります。
コーティング技術の出現により、表面の粉体を固定し、熱伝導率を高め、熱分布を均一にすることができ、この問題を解決する主要な技術となっています。 MOCVD装置の使用環境におけるグラファイトベース、グラファイトベースの表面コーティングは次の特性を満たす必要があります。
(1) グラファイトベースを完全に包み込むことができ、密度が良好です。そうでない場合、グラファイトベースは腐食性ガス中で腐食しやすいです。
(2) グラファイトベースとの結合強度が高く、高温・低温サイクルを繰り返してもコーティングが剥がれにくい。
(3) 優れた化学的安定性を備えており、高温や腐食性雰囲気下でのコーティングの破損を防ぎます。
SiC は、耐食性、高熱伝導率、熱衝撃耐性、および高い化学的安定性という利点があり、GaN エピタキシャル雰囲気で良好に機能します。さらに、SiC の熱膨張係数はグラファイトの熱膨張係数とほとんど変わらないため、SiC はグラファイトベースの表面コーティングに好ましい材料です。
現在、一般的なSiCは主に3C、4H、6H型であり、結晶型の違いによりSiCの用途が異なります。たとえば、4H-SiC は高出力デバイスを製造できます。 6H-SiC は最も安定しており、光電デバイスを製造できます。 3C-SiC は GaN と構造が似ているため、GaN エピタキシャル層の生成や SiC-GaN RF デバイスの製造に使用できます。 3C-SiC は一般に β-SiC としても知られており、β-SiC の重要な用途はフィルムおよびコーティング材料であるため、β-SiC は現在コーティングの主な材料となっています。
炭化ケイ素コーティングの製造方法
現在、SiC コーティングの作製方法には主にゲルゾル法、埋め込み法、ブラシコーティング法、プラズマ溶射法、化学ガス反応法 (CVR) および化学蒸着法 (CVD) が含まれます。
埋め込み方法:
この方法は一種の高温固相焼結であり、主にSi粉末とC粉末の混合物を埋め込み粉末として使用し、グラファイトマトリックスを埋め込み粉末中に入れ、高温焼結を不活性ガス中で実行します。そして最後にグラファイトマトリックスの表面にSiCコーティングが得られます。プロセスが簡単で、コーティングと基材の組み合わせは良好ですが、厚さ方向に沿ったコーティングの均一性が悪く、より多くの穴が発生しやすく、耐酸化性が低下します。
刷毛塗り方法：
刷毛塗り法は主に黒鉛母材の表面に液状原料を刷毛で塗り、一定の温度で硬化させて塗膜を形成する方法です。工程が簡単でコストも安いが、刷毛塗り法で作製した塗膜は基材との結合が弱く、塗膜の均一性が悪く、塗膜が薄く耐酸化性が低いため、他の方法で補う必要がある。それ。
プラズマ溶射法：
プラズマ溶射法は、主に溶融または半溶融した原料をプラズマガンで黒鉛母材の表面に吹き付け、固化・結合させて皮膜を形成する方法です。この方法は操作が簡単で、比較的緻密な炭化ケイ素皮膜を調製できますが、この方法で調製された炭化ケイ素皮膜は弱すぎることが多く、耐酸化性が弱いため、一般にSiC複合皮膜の調製に使用され、性能を向上させます。コーティングの品質。
ゲルゾル法：
ゲルゾル法は主に、マトリックスの表面を覆う均一で透明なゾル溶液を調製し、乾燥してゲル化し、その後焼結して塗膜を得る方法です。この方法は操作が簡単で低コストですが、得られる皮膜の耐熱衝撃性が低く、亀裂が入りやすいなどの欠点があるため、広く使用することができません。
化学ガス反応 (CVR) :
CVRは主に、SiとSiO2粉末を使用して高温でSiO蒸気を発生させ、C材料基板の表面で一連の化学反応を発生させることによりSiCコーティングを生成します。この方法で作製したSiC皮膜は基材と密着しますが、反応温度が高くコストも高くなります。
化学蒸着 (CVD) :
現在、CVD は基板表面に SiC コーティングを作成するための主要な技術です。主なプロセスは、基板表面上での気相反応物質の一連の物理的および化学的反応であり、最終的に基板表面上に堆積することによって SiC コーティングが準備されます。 CVD技術で作成されたSiCコーティングは基板の表面に密接に結合し、基板材料の耐酸化性と耐摩耗性を効果的に向上させることができますが、この方法の堆積時間は長く、反応ガスには特定の毒性があります。ガス。
SiCコーティンググラファイトベースの市場状況
外国メーカーが早期に参入したときは、明確なリードを持ち、高い市場シェアを獲得していました。国際的には、SiC コーティンググラファイトベースの主流サプライヤーは、オランダの Xycard、ドイツの SGL Carbon (SGL)、日本の東洋カーボン、米国の MEMC などの企業であり、基本的に国際市場を占めています。中国はグラファイトマトリックスの表面にSiCコーティングを均一に成長させるという重要なコア技術を突破したが、高品質のグラファイトマトリックスは依然としてドイツのSGL、日本の東洋カーボンなどの企業に依存しており、国内企業が提供するグラファイトマトリックスはサービスに影響を与えている。熱伝導率、弾性率、剛性率、格子欠陥、その他の品質問題による寿命。 MOCVD 装置は、SiC コーティングされたグラファイトベースの使用要件を満たすことができません。
中国の半導体産業は急速に発展しており、MOCVDエピタキシャル装置の現地化率の漸進的な増加やその他のプロセスアプリケーションの拡大により、将来のSiCコーティンググラファイトベース製品市場は急速に成長すると予想されます。業界の予備的な推計によると、国内のグラファイトベース市場は今後数年間で5億元を超えると見込まれています。
SiCコーティンググラファイトベースは化合物半導体工業化装置の中核コンポーネントであり、その生産と製造の重要なコア技術を習得しており、原材料-プロセス-装置産業チェーン全体の現地化を実現することは、化合物半導体工業化装置の発展を確実にするために非常に戦略的重要です。中国の半導体産業。国内のSiCコーティンググラファイトベースの分野は急成長しており、製品の品質は間もなく国際先進レベルに達する可能性があります。
投稿日時: 2023 年 7 月 24 日