Półprzewodnik Semicera planuje zwiększyć globalną produkcję kluczowych komponentów sprzętu do produkcji półprzewodników. Do 2027 roku zamierzamy otworzyć nową fabrykę o powierzchni 20 000 metrów kwadratowych, a łączna wartość inwestycji wyniesie 70 milionów USD. Jeden z naszych głównych komponentów, tzwnośnik wafla z węglika krzemu (SiC)., znany również jako susceptor, odnotował znaczny postęp. Czym dokładnie jest ta taca, na której znajdują się wafle?
W procesie produkcji płytek na niektórych podłożach płytek budowane są warstwy epitaksjalne w celu utworzenia urządzeń. Na przykład warstwy epitaksjalne GaAs są przygotowywane na podłożach krzemowych do urządzeń LED, warstwy epitaksjalne SiC są hodowane na przewodzących podłożach SiC do zastosowań energetycznych, takich jak SBD i MOSFET, a warstwy epitaksjalne GaN są konstruowane na półizolacyjnych podłożach SiC do zastosowań RF, takich jak HEMT . Proces ten w dużej mierze opiera się nachemiczne osadzanie z fazy gazowej (CVD)sprzęt.
W urządzeniach CVD substratów nie można umieszczać bezpośrednio na metalu ani na prostym podłożu w celu osadzania epitaksjalnego ze względu na różne czynniki, takie jak przepływ gazu (poziomy, pionowy), temperatura, ciśnienie, stabilność i zanieczyszczenie. Dlatego też do nałożenia podłoża stosuje się susceptor, umożliwiający osadzanie epitaksjalne z wykorzystaniem technologii CVD. Tym susceptorem jestSusceptor grafitowy pokryty SiC.
Susceptory grafitowe pokryte SiC są zwykle stosowane w urządzeniach do chemicznego osadzania metali organicznych (MOCVD) do podtrzymywania i podgrzewania substratów monokrystalicznych. Stabilność termiczna i jednorodność Susceptory grafitowe pokryte SiCmają kluczowe znaczenie dla wzrostu jakości materiałów epitaksjalnych, co czyni je podstawowym składnikiem sprzętu MOCVD (wiodący producenci sprzętu MOCVD, tacy jak Veeco i Aixtron). Obecnie technologia MOCVD jest szeroko stosowana w epitaksjalnym wzroście folii GaN dla niebieskich diod LED ze względu na jej prostotę, kontrolowaną szybkość wzrostu i wysoką czystość. Jako istotna część reaktora MOCVD,susceptor epitaksjalnego wzrostu warstwy GaNmusi mieć odporność na wysoką temperaturę, jednolitą przewodność cieplną, stabilność chemiczną i dużą odporność na szok termiczny. Grafit doskonale spełnia te wymagania.
Jako podstawowy element sprzętu MOCVD, grafitowy susceptor podtrzymuje i podgrzewa podłoża monokrystaliczne, bezpośrednio wpływając na jednorodność i czystość materiałów foliowych. Jej jakość ma bezpośredni wpływ na przygotowanie płytek epitaksjalnych. Jednakże przy zwiększonym użytkowaniu i zmieniających się warunkach pracy, susceptory grafitowe łatwo ulegają zużyciu i są uważane za materiały eksploatacyjne.
Susceptory MOCVDmuszą mieć określone właściwości powłoki, aby spełnić następujące wymagania:
- -Dobry zasięg:Powłoka musi całkowicie pokrywać grafitowy susceptor o dużej gęstości, aby zapobiec korozji w środowisku gazów korozyjnych.
- -Wysoka siła wiązania:Powłoka musi mocno wiązać się z grafitowym podłożem i wytrzymywać wielokrotne cykle w wysokiej i niskiej temperaturze bez odrywania się.
- -Stabilność chemiczna:Powłoka musi być stabilna chemicznie, aby uniknąć uszkodzeń w wysokiej temperaturze i atmosferze korozyjnej.
SiC, dzięki swojej odporności na korozję, wysokiej przewodności cieplnej, odporności na szok termiczny i wysokiej stabilności chemicznej, dobrze radzi sobie w środowisku epitaksjalnym GaN. Dodatkowo współczynnik rozszerzalności cieplnej SiC jest podobny do współczynnika rozszerzalności grafitu, co czyni SiC preferowanym materiałem na grafitowe powłoki susceptorowe.
Obecnie popularne typy SiC obejmują 3C, 4H i 6H, każdy odpowiedni do różnych zastosowań. Na przykład 4H-SiC może wytwarzać urządzenia o dużej mocy, 6H-SiC jest stabilny i stosowany w urządzeniach optoelektronicznych, podczas gdy 3C-SiC ma podobną strukturę do GaN, dzięki czemu nadaje się do wytwarzania warstwy epitaksjalnej GaN i urządzeń RF SiC-GaN. 3C-SiC, znany również jako β-SiC, stosowany jest głównie jako materiał filmowy i powłokowy, co czyni go podstawowym materiałem na powłoki.
Istnieją różne metody przygotowaniaPowłoki SiCobejmujące zol-żel, osadzanie, szczotkowanie, natryskiwanie plazmowe, chemiczną reakcję z parą (CVR) i chemiczne osadzanie z fazy gazowej (CVD).
Wśród nich metoda osadzania jest procesem spiekania w fazie stałej w wysokiej temperaturze. Po umieszczeniu podłoża grafitowego w proszku zatapiającym zawierającym proszek Si i C i spiekaniu w środowisku gazu obojętnego, na podłożu grafitowym tworzy się powłoka SiC. Metoda ta jest prosta, a powłoka dobrze łączy się z podłożem. Jednakże powłoka nie ma jednorodnej grubości i może zawierać pory, co prowadzi do słabej odporności na utlenianie.
Metoda powlekania natryskowego
Metoda powlekania natryskowego polega na natryskiwaniu płynnych surowców na powierzchnię grafitowego podłoża i utwardzaniu ich w określonej temperaturze w celu utworzenia powłoki. Metoda ta jest prosta i opłacalna, ale powoduje słabe wiązanie powłoki z podłożem, słabą jednorodność powłoki i powstawanie cienkich powłok o niskiej odporności na utlenianie, co wymaga metod pomocniczych.
Metoda natryskiwania wiązką jonów
Natryskiwanie wiązką jonów wykorzystuje pistolet z wiązką jonów do natryskiwania stopionych lub częściowo stopionych materiałów na powierzchnię podłoża grafitowego, tworząc powłokę po zestaleniu. Ta metoda jest prosta i pozwala uzyskać gęste powłoki SiC. Jednakże cienkie powłoki mają słabą odporność na utlenianie, często stosowaną w powłokach kompozytowych SiC w celu poprawy jakości.
Metoda zol-żel
Metoda zol-żel polega na przygotowaniu jednolitego, przezroczystego roztworu zolu, pokryciu powierzchni podłoża i uzyskaniu powłoki po wysuszeniu i spiekaniu. Metoda ta jest prosta i tania, ale skutkuje powłokami o małej odporności na szok termiczny i podatności na pękanie, co ogranicza jej szerokie zastosowanie.
Reakcja chemiczna z parą (CVR)
CVR wykorzystuje proszek Si i SiO2 w wysokich temperaturach do wytworzenia pary SiO, która reaguje z podłożem z materiału węglowego, tworząc powłokę SiC. Powstała powłoka SiC ściśle wiąże się z podłożem, ale proces wymaga wysokich temperatur reakcji i kosztów.
Chemiczne osadzanie z fazy gazowej (CVD)
CVD jest podstawową techniką wytwarzania powłok SiC. Polega na reakcjach w fazie gazowej na powierzchni podłoża grafitowego, gdzie surowce ulegają reakcjom fizycznym i chemicznym, osadzając się w postaci powłoki SiC. CVD wytwarza ściśle związane powłoki SiC, które zwiększają odporność podłoża na utlenianie i ablację. Jednakże CVD charakteryzuje się długim czasem osadzania i może obejmować toksyczne gazy.
Sytuacja rynkowa
Na rynku susceptorów z grafitu pokrytego SiC producenci zagraniczni mają znaczącą przewagę i duży udział w rynku. Semicera przezwyciężyła podstawowe technologie zapewniające równomierny wzrost powłok SiC na podłożach grafitowych, dostarczając rozwiązania uwzględniające przewodność cieplną, moduł sprężystości, sztywność, defekty sieci i inne problemy jakościowe, w pełni spełniając wymagania sprzętowe MOCVD.
Perspektywa przyszłości
Chiński przemysł półprzewodników rozwija się szybko, wraz ze wzrostem lokalizacji sprzętu epitaksjalnego MOCVD i rozszerzaniem się zastosowań. Oczekuje się, że rynek susceptorów z grafitu powlekanego SiC będzie szybko rósł.
Wniosek
Jako kluczowy element złożonego sprzętu półprzewodnikowego, opanowanie technologii produkcji rdzenia i lokalizacja grafitowych susceptorów pokrytych SiC ma strategiczne znaczenie dla chińskiego przemysłu półprzewodników. Krajowy rynek susceptorów z grafitu pokrytego SiC kwitnie, a jakość produktów osiąga międzynarodowy poziom.Semiceradąży do tego, aby stać się wiodącym dostawcą w tej dziedzinie.
Czas publikacji: 17 lipca 2024 r