O que é susceptador de grafite revestido com SIC?

Figura 1. Susceptador de grafite revestido

1. Camada epitaxial e seu equipamento

Durante o processo de fabricação de wafer, precisamos construir ainda mais uma camada epitaxial em alguns substratos de wafer para facilitar a fabricação de dispositivos. Epitaxia refere -se ao processo de cultivo de um novo cristal único em um substrato de cristal único que foi cuidadosamente processado por corte, moagem e polimento. O novo cristal único pode ser o mesmo material que o substrato, ou um material diferente (homoepitaxial ou heteroepitaxial). Como a nova camada de cristal única cresce ao longo da fase de cristal do substrato, é chamada de camada epitaxial e a fabricação do dispositivo é realizada na camada epitaxial. 

Por exemplo, aGaas epitaxialA camada é preparada em um substrato de silício para dispositivos emissores de luz LED; umSiC epitaxialA camada é cultivada em um substrato SiC condutor para a construção de SBD, MOSFET e outros dispositivos em aplicações de energia; Uma camada epitaxial de GaN é construída em um substrato SiC semi-insulativo para outros dispositivos de fabricação, como HEMT em aplicações de radiofrequência, como comunicações. Parâmetros como a espessura dos materiais epitaxiais do SiC e a concentração do transportador de fundo determinam diretamente as várias propriedades elétricas dos dispositivos SiC. Nesse processo, não podemos ficar sem equipamentos de deposição de vapor químico (CVD).

Figura 2. Modos de crescimento do filme epitaxial

2. Importância do suscetador de grafite revestido com SiC em equipamentos CVD

No equipamento CVD, não podemos colocar o substrato diretamente no metal ou simplesmente em uma base para a deposição epitaxial, porque envolve muitos fatores como a direção do fluxo de gás (horizontal, vertical), temperatura, pressão, fixação e contaminantes. Portanto, precisamos usar um suscettor (Portador de wafer) colocar o substrato em uma bandeja e usar a tecnologia CVD para realizar a deposição epitaxial nela. Este susceptador é o susceptador de grafite revestido de SiC (também chamado de bandeja).

2.1 Aplicação do suscetador de grafite revestido com SiC em equipamentos MOCVD

O suscetador de grafite revestido com SIC desempenha um papel fundamental emEquipamento de deposição de vapor químico orgânico de metal (MOCVD)para apoiar e aquecer substratos de cristal único. A estabilidade térmica e a uniformidade térmica deste susceptador são cruciais para a qualidade dos materiais epitaxiais, por isso é considerado um componente de núcleo indispensável no equipamento MOCVD. Atualmente, a tecnologia de deposição de vapor químico orgânico de metal (MOCVD) é amplamente utilizada no crescimento epitaxial de filmes finos de GaN em LEDs azuis porque tem as vantagens de operação simples, taxa de crescimento controlável e alta pureza.

Como um dos componentes principais do equipamento de MOCVD, o susceptador de grafite de semicondutores vetek é responsável por apoiar e aquecer substratos de cristal único, o que afeta diretamente a uniformidade e a pureza dos materiais finos de filme e, portanto, está relacionado à qualidade da preparação das bolachas epitaxiais. À medida que o número de usos aumenta e o ambiente de trabalho muda, o suscetador de grafite é propenso a desgaste e, portanto, é classificado como consumível.

2.2. Características do susceptador de grafite revestido com SiC

Para atender às necessidades do equipamento de MOCVD, o revestimento necessário para o susceptador de grafite deve ter características específicas para atender aos seguintes padrões:

✔ Boa cobertura: O revestimento SiC deve cobrir completamente o suscetador e ter um alto grau de densidade para evitar danos em um ambiente de gás corrosivo.

✔ Alta força de ligação: O revestimento deve estar firmemente ligado ao susceptador e não é fácil de cair após vários ciclos de alta temperatura e baixa temperatura.

✔ Boa estabilidade química: O revestimento deve ter uma boa estabilidade química para evitar falhas em alta temperatura e atmosferas corrosivas.

2.3 Dificuldades e desafios na combinação de materiais de grafite e carboneto de silício

O carboneto de silício (SIC) tem um bom desempenho em atmosferas epitaxiais de GaN devido a suas vantagens, como resistência à corrosão, alta condutividade térmica, resistência ao choque térmico e boa estabilidade química. Seu coeficiente de expansão térmica é semelhante ao da grafite, tornando -o o material preferido para revestimentos de susceptores de grafite.

No entanto, afinal,grafiteecarboneto de silíciosão dois materiais diferentes, e ainda haverá situações em que o revestimento tem uma vida útil curta, é fácil de cair e aumenta os custos devido a diferentes coeficientes de expansão térmica. 

3. Tecnologia de revestimento SIC

3.1. Tipos comuns de sic

Atualmente, os tipos comuns de SiC incluem 3C, 4H e 6H, e diferentes tipos de SiC são adequados para diferentes fins. Por exemplo, o 4H-SIC é adequado para fabricar dispositivos de alta potência, o 6H-SIC é relativamente estável e pode ser usado para dispositivos optoeletrônicos, e o 3C-SIC pode ser usado para preparar camadas epitaxiais de GaN e fabricar dispositivos SiC-Gan RF devido à sua estrutura semelhante ao GAN. O 3C-SIC também é comumente referido como β-SIC, que é usado principalmente para filmes finos e materiais de revestimento. Portanto, o β-SIC é atualmente um dos principais materiais para revestimentos.

3.2.Revestimento de carboneto de silícioMétodo de preparação

Existem muitas opções para a preparação de revestimentos de carboneto de silício, incluindo método de gel-sol, método de pulverização, método de pulverização de feixe de íons, método de reação de vapor químico (CVR) e método de deposição de vapor químico (DCV). Entre eles, o método de deposição de vapor químico (DCV) é atualmente a principal tecnologia para a preparação de revestimentos SIC. Este método deposita os revestimentos SiC na superfície do substrato através da reação da fase gasosa, que tem as vantagens de união estreita entre o revestimento e o substrato, melhorando a resistência à oxidação e a resistência à ablação do material do substrato.

O método de sinterização de alta temperatura, colocando o substrato de grafite no pó de incorporação e sinterizando-o em alta temperatura sob uma atmosfera inerte, finalmente forma um revestimento SiC na superfície do substrato, que é chamado de método de incorporação. Embora esse método seja simples e o revestimento seja fortemente ligado ao substrato, a uniformidade do revestimento na direção da espessura é ruim e os orifícios são propensos a aparecer, o que reduz a resistência a oxidação.

✔ O método de pulverizaçãoEnvolve a pulverização de matérias -primas líquidas na superfície do substrato de grafite e, em seguida, solidifica as matérias -primas a uma temperatura específica para formar um revestimento. Embora esse método seja de baixo custo, o revestimento é fracamente ligado ao substrato, e o revestimento tem baixa uniformidade, espessura fina e baixa resistência a oxidação e geralmente requer tratamento adicional.

✔ Tecnologia de pulverização de feixe de íonsUtiliza uma pistola de feixe de íons para pulverizar o material fundido ou parcialmente fundido na superfície de um substrato de grafite, que então solidifica e liga para formar um revestimento. Embora a operação seja simples e possa produzir um revestimento de carboneto de silício relativamente denso, o revestimento é fácil de quebrar e tem baixa resistência a oxidação. Geralmente é usado para preparar revestimentos compostos SiC de alta qualidade.

✔ Método sol-gel, esse método envolve a preparação de uma solução SOL uniforme e transparente, aplicando -a à superfície do substrato e depois secagem e sinterização para formar um revestimento. Embora a operação seja simples e o custo seja baixo, o revestimento preparado possui baixa resistência ao choque térmico e é propenso a rachaduras, portanto, sua faixa de aplicação é limitada.

✔ Tecnologia de reação de vapor químico (CVR): O CVR usa o pó Si e SiO2 para gerar vapor de SIO e forma um revestimento SiC por reação química na superfície do substrato do material de carbono. Embora um revestimento fortemente ligado possa ser preparado, é necessária uma temperatura de reação mais alta e o custo é alto.

✔ Deposição de vapor químico (CVD): Atualmente, a CVD é a tecnologia mais usada para a preparação de revestimentos SIC, e os revestimentos SiC são formados por reações de fase gasosa na superfície do substrato. O revestimento preparado por esse método está intimamente ligado ao substrato, o que melhora a resistência a oxidação do substrato e a resistência à ablação, mas requer um longo tempo de deposição, e o gás de reação pode ser tóxico.

Figura 3. Diagrama de depósito de vapor químico

4. Concorrência de mercado eÉ semicondutorInovação tecnológica

No mercado de substrato de grafite revestido com SiC, os fabricantes estrangeiros começaram anteriormente, com vantagens líderes óbvias e uma maior participação de mercado. Internacionalmente, XyCard na Holanda, SGL na Alemanha, Toyo Tanso no Japão e MEMC nos Estados Unidos são fornecedores convencionais, e eles basicamente monopolizam o mercado internacional. No entanto, a China agora rompeu a tecnologia central de revestimentos SIC de crescimento uniforme na superfície dos substratos de grafite, e sua qualidade foi verificada por clientes nacionais e estrangeiros. Ao mesmo tempo, também possui certas vantagens competitivas no preço, que podem atender aos requisitos do equipamento MOCVD para o uso de substratos de grafite revestidos com SiC. 

Vetek semicondutor está envolvido em pesquisa e desenvolvimento no campo deRevestimentos SICpor mais de 20 anos. Portanto, lançamos a mesma tecnologia de camada de buffer que a SGL. Através da tecnologia especial de processamento, uma camada de buffer pode ser adicionada entre grafite e carboneto de silício para aumentar a vida útil do serviço em mais de duas vezes.