Vad är SiC-belagd grafitsusceptor?

Figur 1. SiC-belagd grafitsusceptor

1. Epitaxiallager och dess utrustning

Under wafertillverkningsprocessen måste vi ytterligare bygga ett epitaxiellt lager på vissa wafersubstrat för att underlätta tillverkningen av enheter. Epitaxi hänvisar till processen att odla en ny enkristall på ett enkristallsubstrat som har bearbetats noggrant genom skärning, slipning och polering. Den nya enkristallen kan vara samma material som substratet, eller ett annat material (homoepitaxiellt eller heteroepitaxialt). Eftersom det nya enkristalllagret växer längs substratets kristallfas, kallas det ett epitaxiellt lager, och tillverkningen av enheten utförs på det epitaxiella lagret. 

Till exempel, enGaAs epitaxiellskiktet förbereds på ett kiselsubstrat för LED-ljusemitterande enheter; aSiC epitaxiellskiktet odlas på ett ledande SiC-substrat för konstruktion av SBD, MOSFET och andra enheter i krafttillämpningar; ett GaN epitaxiellt skikt är konstruerat på ett halvisolerande SiC-substrat för att ytterligare tillverka enheter såsom HEMT i radiofrekvensapplikationer såsom kommunikation. Parametrar som tjockleken på SiC-epitaxialmaterial och bakgrundsbärarkoncentration bestämmer direkt de olika elektriska egenskaperna hos SiC-anordningar. I denna process kan vi inte klara oss utan utrustning för kemisk ångdeposition (CVD).

Figur 2. Epitaxiella filmtillväxtlägen

2. Betydelsen av SiC-belagd grafitsusceptor i CVD-utrustning

I CVD-utrustning kan vi inte placera substratet direkt på metallen eller helt enkelt på en bas för epitaxiell avsättning, eftersom det involverar många faktorer som gasflödesriktning (horisontell, vertikal), temperatur, tryck, fixering och föroreningar. Därför måste vi använda en susceptor(waferbärare) för att placera substratet på en bricka och använda CVD-teknik för att utföra epitaxiell avsättning på det. Denna susceptor är den SiC-belagda grafitsusceptorn (även kallad en bricka).

2.1 Applicering av SiC-belagd grafitsusceptor i MOCVD-utrustning

Den SiC-belagda grafitsusceptorn spelar en nyckelroll iutrustning för metallorganisk kemisk ångavsättning (MOCVD).för att stödja och värma enkristallsubstrat. Den termiska stabiliteten och termiska enhetligheten hos denna susceptor är avgörande för kvaliteten på epitaxiella material, så det betraktas som en oumbärlig kärnkomponent i MOCVD-utrustning. Metal Organic Chemical Vapor Deposition-teknik (MOCVD) används för närvarande i stor utsträckning vid epitaxiell tillväxt av GaN-tunna filmer i blå lysdioder eftersom den har fördelarna med enkel drift, kontrollerbar tillväxthastighet och hög renhet.

Som en av kärnkomponenterna i MOCVD-utrustning, är Vetek halvledargrafitsusceptor ansvarig för att stödja och värma enkristallsubstrat, vilket direkt påverkar enhetligheten och renheten hos tunna filmmaterial, och därmed är relaterad till beredningskvaliteten för epitaxiella wafers. I takt med att antalet användningar ökar och arbetsmiljön förändras är grafitsusceptorn benägen att slitas och klassas därför som en förbrukningsvara.

2.2. Egenskaper för SIC-belagd grafitsusceptor

För att möta behoven hos MOCVD-utrustning måste beläggningen som krävs för grafitsusceptorn ha specifika egenskaper för att uppfylla följande standarder:

✔  Bra täckning: SiC-beläggningen måste helt täcka susceptorn och ha en hög densitet för att förhindra skador i en korrosiv gasmiljö.

✔  Hög vidhäftningsstyrka: Beläggningen ska vara ordentligt bunden till susceptorn och inte lätt att falla av efter flera högtemperatur- och lågtemperaturcykler.

✔  God kemisk stabilitet: Beläggningen måste ha god kemisk stabilitet för att undvika fel i hög temperatur och korrosiva atmosfärer.

2.3 Svårigheter och utmaningar med att matcha grafit- och kiselkarbidmaterial

Kiselkarbid (SiC) fungerar bra i GaN epitaxiella atmosfärer på grund av dess fördelar som korrosionsbeständighet, hög värmeledningsförmåga, värmechockbeständighet och god kemisk stabilitet. Dess termiska expansionskoefficient liknar den för grafit, vilket gör det till det föredragna materialet för grafitsusceptorbeläggningar.

Men trots allt,grafitochkiselkarbidär två olika material, och det kommer fortfarande att finnas situationer där beläggningen har kort livslängd, är lätt att falla av och ökar kostnaderna på grund av olika värmeutvidgningskoefficienter. 

3. SiC Coating-teknik

3.1. Vanliga typer av SiC

För närvarande inkluderar vanliga typer av SiC 3C, 4H och 6H, och olika typer av SiC är lämpliga för olika ändamål. Till exempel är 4H-SiC lämplig för tillverkning av högeffektsenheter, 6H-SiC är relativt stabil och kan användas för optoelektroniska enheter och 3C-SiC kan användas för att preparera GaN epitaxiella skikt och tillverka SiC-GaN RF-enheter p.g.a. dess liknande struktur som GaN. 3C-SiC kallas också vanligtvis för β-SiC, som huvudsakligen används för tunna filmer och beläggningsmaterial. Därför är β-SiC för närvarande ett av huvudmaterialen för beläggningar.

3.2 .Silikonkarbidbeläggningberedningsmetod

Det finns många alternativ för beredning av kiselkarbidbeläggningar, inklusive gel-sol-metoden, sprutmetoden, jonstrålesprutningsmetod, kemisk ångreaktionsmetod (CVR) och kemisk ångavsättningsmetod (CVD). Bland dem är den kemiska ångavsättningsmetoden (CVD) för närvarande den huvudsakliga tekniken för att förbereda SiC-beläggningar. Denna metod avsätter SiC-beläggningar på ytan av substratet genom gasfasreaktion, vilket har fördelarna av nära bindning mellan beläggningen och substratet, vilket förbättrar oxidationsbeständigheten och ablationsbeständigheten hos substratmaterialet.

Högtemperatursintringsmetoden, genom att placera grafitsubstratet i inbäddningspulvret och sintra det vid hög temperatur under en inert atmosfär, bildar slutligen en SiC-beläggning på ytan av substratet, vilket kallas inbäddningsmetoden. Även om denna metod är enkel och beläggningen är tätt bunden till substratet, är likformigheten hos beläggningen i tjockleksriktningen dålig och hål är benägna att uppstå, vilket minskar oxidationsmotståndet.

✔  Spraymetodeninnebär att man spraya flytande råmaterial på ytan av grafitsubstratet, och sedan stelna råvarorna vid en specifik temperatur för att bilda en beläggning. Även om denna metod är låg kostnad, är beläggningen svagt bunden till substratet, och beläggningen har dålig likformighet, tunn tjocklek och dålig oxidationsbeständighet och kräver vanligtvis ytterligare behandling.

✔  Sprayteknik med jonstråleanvänder en jonstrålepistol för att spraya smält eller delvis smält material på ytan av ett grafitsubstrat, som sedan stelnar och binder till en beläggning. Även om operationen är enkel och kan ge en relativt tät kiselkarbidbeläggning, är beläggningen lätt att bryta och har dålig oxidationsbeständighet. Det används vanligtvis för att framställa högkvalitativa SiC-kompositbeläggningar.

✔ Sol-gel metodDenna metod involverar framställning av en enhetlig och transparent sollösning, applicering av den på ytan av substratet och sedan torkning och sintring för att bilda en beläggning. Även om operationen är enkel och kostnaden låg, har den förberedda beläggningen låg värmechockbeständighet och är benägen att spricka, så dess tillämpningsområde är begränsat.

✔ Kemisk ångreaktionsteknik (CVR): CVR använder Si- och SiO2-pulver för att generera SiO-ånga och bildar en SiC-beläggning genom kemisk reaktion på ytan av kolmaterialets substrat. Även om en tätt bunden beläggning kan framställas krävs en högre reaktionstemperatur och kostnaden är hög.

✔  Kemisk ångavsättning (CVD): CVD är för närvarande den mest använda tekniken för framställning av SiC-beläggningar, och SiC-beläggningar bildas av gasfasreaktioner på ytan av substratet. Beläggningen som framställs med denna metod är tätt bunden till substratet, vilket förbättrar substratets oxidationsbeständighet och ablationsbeständighet, men kräver lång avsättningstid och reaktionsgasen kan vara giftig.

Figur 3.Kemiskt ångavfallsdiagram

4. Marknadskonkurrens ochVetek Semiconductors tekniska innovation

På marknaden för SiC-belagda grafitsubstrat började utländska tillverkare tidigare, med uppenbara ledande fördelar och en högre marknadsandel. Internationellt är Xycard i Nederländerna, SGL i Tyskland, Toyo Tanso i Japan och MEMC i USA vanliga leverantörer, och de monopoliserar i princip den internationella marknaden. Men Kina har nu brutit igenom kärntekniken för enhetligt växande SiC-beläggningar på ytan av grafitsubstrat, och dess kvalitet har verifierats av inhemska och utländska kunder. Samtidigt har det också vissa konkurrensfördelar i pris, vilket kan uppfylla kraven för MOCVD-utrustning för användning av SiC-belagda grafitsubstrat. 

Vetek semiconductor har varit engagerad i forskning och utveckling inom områdetSiC-beläggningari mer än 20 år. Därför har vi lanserat samma buffertlagerteknik som SGL. Genom speciell processteknik kan ett buffertskikt läggas till mellan grafit och kiselkarbid för att öka livslängden med mer än två gånger.