Halvlederdeler – SiC-belagt grafittbase

SiC-belagte grafittbaser brukes ofte til å støtte og varme enkeltkrystallsubstrater i utstyr for metall-organisk kjemisk dampavsetning (MOCVD). Den termiske stabiliteten, termiske ensartetheten og andre ytelsesparametere til SiC-belagt grafittbase spiller en avgjørende rolle i kvaliteten på epitaksial materialvekst, så det er kjernenøkkelkomponenten i MOCVD-utstyr.

I prosessen med wafer-produksjon blir epitaksiale lag ytterligere konstruert på noen wafer-substrater for å lette produksjonen av enheter. Typiske LED-lysemitterende enheter må forberede epitaksiale lag av GaAs på silisiumsubstrater; SiC-epitaksiallaget dyrkes på det ledende SiC-substratet for konstruksjon av enheter som SBD, MOSFET, etc., for høyspenning, høystrøm og andre strømapplikasjoner; GaN epitaksiallag er konstruert på halvisolert SiC-substrat for å konstruere HEMT og andre enheter for RF-applikasjoner som kommunikasjon. Denne prosessen er uatskillelig fra CVD-utstyr.

I CVD-utstyret kan ikke substratet plasseres direkte på metallet eller bare plasseres på en base for epitaksial avsetning, fordi det involverer gasstrømmen (horisontal, vertikal), temperatur, trykk, fiksering, avgivelse av forurensninger og andre aspekter av påvirkningsfaktorene. Derfor er det nødvendig med en base, og deretter legges substratet på skiven, og deretter utføres den epitaksiale avsetningen på substratet ved hjelp av CVD-teknologi, og denne basen er den SiC-belagte grafittbasen (også kjent som brettet).

SiC-belagte grafittbaser brukes ofte til å støtte og varme enkeltkrystallsubstrater i utstyr for metall-organisk kjemisk dampavsetning (MOCVD). Den termiske stabiliteten, termiske ensartetheten og andre ytelsesparametere til SiC-belagt grafittbase spiller en avgjørende rolle i kvaliteten på epitaksial materialvekst, så det er kjernenøkkelkomponenten i MOCVD-utstyr.

Metall-organisk kjemisk dampavsetning (MOCVD) er mainstream-teknologien for epitaksial vekst av GaN-filmer i blå LED. Den har fordelene med enkel betjening, kontrollerbar veksthastighet og høy renhet av GaN-filmer. Som en viktig komponent i reaksjonskammeret til MOCVD-utstyr, må lagerbasen som brukes for GaN-film-epitaksial vekst ha fordelene med høy temperaturmotstand, jevn varmeledningsevne, god kjemisk stabilitet, sterk termisk sjokkmotstand, etc. Grafittmateriale kan møtes. vilkårene ovenfor.

Som en av kjernekomponentene i MOCVD-utstyr er grafittbasen bæreren og varmelegemet til underlaget, som direkte bestemmer jevnheten og renheten til filmmaterialet, slik at kvaliteten direkte påvirker forberedelsen av det epitaksiale arket, og samtidig tid, med økningen av antall bruksområder og endring av arbeidsforhold, er det veldig lett å ha på seg, som tilhører forbruksvarer.

Selv om grafitt har utmerket termisk ledningsevne og stabilitet, har det en god fordel som basiskomponent i MOCVD-utstyr, men i produksjonsprosessen vil grafitt korrodere pulveret på grunn av rester av korrosive gasser og metalliske organiske stoffer, og levetiden til grafittbase vil bli sterkt redusert. Samtidig vil det fallende grafittpulveret forårsake forurensning til brikken.

Fremveksten av beleggteknologi kan gi overflatepulverfiksering, forbedre termisk ledningsevne og utjevne varmefordelingen, som har blitt hovedteknologien for å løse dette problemet. Grafittbase i MOCVD-utstyrsbruksmiljø, grafittbaseoverflatebelegg bør oppfylle følgende egenskaper:

(1) Grafittbasen kan pakkes helt inn, og tettheten er god, ellers er grafittbasen lett å bli korrodert i den korrosive gassen.

(2) Kombinasjonsstyrken med grafittbasen er høy for å sikre at belegget ikke er lett å falle av etter flere høytemperatur- og lavtemperatursykluser.

(3) Den har god kjemisk stabilitet for å unngå beleggsvikt i høy temperatur og korrosiv atmosfære.

SiC har fordelene med korrosjonsbestandighet, høy termisk ledningsevne, termisk sjokkbestandighet og høy kjemisk stabilitet, og kan fungere godt i GaN epitaksial atmosfære. I tillegg skiller den termiske ekspansjonskoeffisienten til SiC seg svært lite fra den for grafitt, så SiC er det foretrukne materialet for overflatebelegg av grafittbase.

For tiden er den vanlige SiC hovedsakelig 3C, 4H og 6H-typen, og SiC-bruken til forskjellige krystalltyper er forskjellige. For eksempel kan 4H-SiC produsere enheter med høy effekt; 6H-SiC er den mest stabile og kan produsere fotoelektriske enheter; På grunn av sin lignende struktur som GaN, kan 3C-SiC brukes til å produsere GaN epitaksiallag og produsere SiC-GaN RF-enheter. 3C-SiC er også kjent som β-SiC, og en viktig bruk av β-SiC er som film og beleggmateriale, så β-SiC er for tiden hovedmaterialet for belegg.

Metode for fremstilling av silisiumkarbidbelegg

For tiden inkluderer fremstillingsmetodene for SiC-belegg hovedsakelig gel-sol-metoden, innstøpingsmetoden, børstebeleggmetoden, plasmasprøytemetoden, kjemisk gassreaksjonsmetode (CVR) og kjemisk dampavsetningsmetode (CVD).

Innbyggingsmetode:

Metoden er en slags høytemperatur fastfasesintring, som hovedsakelig bruker blandingen av Si-pulver og C-pulver som innstøpingspulver, grafittmatrisen plasseres i innstøpingspulveret, og høytemperatursintringen utføres i inertgassen. , og til slutt oppnås SiC-belegget på overflaten av grafittmatrisen. Prosessen er enkel og kombinasjonen mellom belegget og underlaget er god, men jevnheten i belegget langs tykkelsesretningen er dårlig, noe som er lett å produsere flere hull og fører til dårlig oksidasjonsmotstand.

Børstebeleggmetode:

Børstebeleggmetoden er hovedsakelig å børste det flytende råmaterialet på overflaten av grafittmatrisen, og deretter herde råmaterialet ved en viss temperatur for å forberede belegget. Prosessen er enkel og kostnadene er lave, men belegget tilberedt med børstebeleggingsmetoden er svakt i kombinasjon med underlaget, beleggets jevnhet er dårlig, belegget er tynt og oksidasjonsmotstanden er lav, og andre metoder er nødvendige for å hjelpe den.

Plasma sprøytemetode:

Plasmasprøytemetoden er hovedsakelig å spraye smeltede eller halvsmeltede råmaterialer på overflaten av grafittmatrisen med en plasmapistol, og deretter stivne og binde for å danne et belegg. Metoden er enkel å betjene og kan fremstille et relativt tett silisiumkarbidbelegg, men silisiumkarbidbelegget fremstilt ved metoden er ofte for svakt og fører til svak oksidasjonsmotstand, så det brukes vanligvis til fremstilling av SiC komposittbelegg for å forbedre kvaliteten på belegget.

Gel-sol metode:

Gel-sol-metoden er hovedsakelig å fremstille en jevn og gjennomsiktig solløsning som dekker overflaten av matrisen, tørker til en gel og deretter sintring for å oppnå et belegg. Denne metoden er enkel å betjene og lav i pris, men belegget som produseres har noen mangler som lav termisk støtmotstand og lett sprekkdannelse, så det kan ikke brukes mye.

Kjemisk gassreaksjon (CVR):

CVR genererer hovedsakelig SiC-belegg ved å bruke Si- og SiO2-pulver for å generere SiO-damp ved høy temperatur, og en rekke kjemiske reaksjoner forekommer på overflaten av C-materialsubstratet. SiC-belegget fremstilt ved denne metoden er tett bundet til substratet, men reaksjonstemperaturen er høyere og kostnadene er høyere.

Kjemisk dampavsetning (CVD):

For tiden er CVD hovedteknologien for å forberede SiC-belegg på underlagets overflate. Hovedprosessen er en serie fysiske og kjemiske reaksjoner av gassfasereaktantmateriale på substratoverflaten, og til slutt blir SiC-belegget fremstilt ved avsetning på substratoverflaten. SiC-belegget fremstilt av CVD-teknologi er tett bundet til overflaten av substratet, noe som effektivt kan forbedre oksidasjonsmotstanden og ablasjonsmotstanden til substratmaterialet, men avsetningstiden for denne metoden er lengre, og reaksjonsgassen har en viss giftig gass.

Markedssituasjonen til SiC-belagt grafittbase

Da utenlandske produsenter startet tidlig, hadde de et klart forsprang og høy markedsandel. Internasjonalt er hovedleverandørene av SiC-belagt grafittbase nederlandske Xycard, Tyskland SGL Carbon (SGL), Japan Toyo Carbon, USA MEMC og andre selskaper, som i utgangspunktet okkuperer det internasjonale markedet. Selv om Kina har brutt gjennom nøkkelkjerneteknologien for jevn vekst av SiC-belegg på overflaten av grafittmatrise, er grafittmatrise av høy kvalitet fortsatt avhengig av tyske SGL, Japan Toyo Carbon og andre foretak, påvirker grafittmatrisen levert av innenlandske bedrifter tjenesten levetid på grunn av termisk ledningsevne, elastisitetsmodul, stiv modul, gitterdefekter og andre kvalitetsproblemer. MOCVD-utstyret kan ikke oppfylle kravene til bruk av SiC-belagt grafittbase.

Kinas halvlederindustri utvikler seg raskt, med den gradvise økningen av MOCVD epitaksial utstyrs lokaliseringshastighet og utvidelse av andre prosessapplikasjoner, forventes det fremtidige SiC-belagte grafittbaseproduktmarkedet å vokse raskt. I følge foreløpige industrianslag vil det innenlandske grafittbasemarkedet overstige 500 millioner yuan i løpet av de neste årene.

SiC-belagt grafittbase er kjernekomponenten i sammensatt halvlederindustrialiseringsutstyr, som mestrer nøkkelkjerneteknologien i produksjonen og produksjonen, og å realisere lokaliseringen av hele råstoff-prosess-utstyr industrikjeden er av stor strategisk betydning for å sikre utviklingen av Kinas halvlederindustri. Feltet for innenlandsk SiC-belagt grafittbase blomstrer, og produktkvaliteten kan snart nå det internasjonale avanserte nivået.