Por que o revestimento de carboneto de tântalo (TaC) é superior ao revestimento de carboneto de silício (SiC) no crescimento de cristal único de SiC? - Semicondutor VeTek

Como todos sabemos, o cristal único de SiC, como material semicondutor de terceira geração com excelente desempenho, ocupa uma posição central no processamento de semicondutores e áreas relacionadas. A fim de melhorar a qualidade e o rendimento dos produtos monocristalinos de SiC, além da necessidade de umprocesso de crescimento de cristal único, devido à sua temperatura de crescimento de cristal único de mais de 2.400 ℃, o equipamento de processo, especialmente a bandeja de grafite necessária para o crescimento de cristal único de SiC e o cadinho de grafite no forno de crescimento de cristal único de SiC e outras peças de grafite relacionadas, têm requisitos extremamente rigorosos de limpeza. . 

As impurezas introduzidas por estas partes de grafite no cristal único de SiC devem ser controladas abaixo do nível de ppm. Portanto, um revestimento antipoluição resistente a altas temperaturas deve ser preparado na superfície dessas peças de grafite. Caso contrário, devido à sua fraca força de ligação intercristalina e impurezas, a grafite pode facilmente causar a contaminação dos monocristais de SiC.

A cerâmica TaC possui ponto de fusão de até 3880°C, alta dureza (dureza Mohs 9-10), grande condutividade térmica (22W·m^-1· K^-1) e pequeno coeficiente de expansão térmica (6,6 × 10^-6K^-1). Apresentam excelente estabilidade termoquímica e excelentes propriedades físicas, além de boa compatibilidade química e mecânica com grafite eCompósitos C/C. Eles são materiais de revestimento antipoluição ideais para peças de grafite necessárias para o crescimento de cristal único de SiC.

Em comparação com a cerâmica TaC, os revestimentos de SiC são mais adequados para uso em cenários abaixo de 1800°C e geralmente são usados ​​para várias bandejas epitaxiais, normalmente bandejas epitaxiais de LED e bandejas epitaxiais de silício de cristal único.

Através de análise comparativa específica,revestimento de carboneto de tântalo (tac)é superior arevestimento de carboneto de silício (sic)no processo de crescimento de cristal único de SiC, 

Principalmente nos seguintes aspectos:

● Resistência à alta temperatura:

O revestimento TAC tem maior estabilidade térmica (ponto de fusão de até 3880 ° C), enquanto o revestimento SiC é mais adequado para o ambiente de baixa temperatura (abaixo de 1800 ° C). Isso também determina que, no crescimento de um cristal único SiC, o revestimento TAC pode suportar completamente a temperatura extremamente alta (até 2400 ° C) exigida pelo processo de transporte de vapor físico (PVT) de crescimento de cristais SiC.

● Estabilidade térmica e estabilidade química:

Comparado com o revestimento SiC, o TAC possui maior inércia química e resistência à corrosão. Isso é essencial para evitar a reação com materiais cadinhos e manter a pureza do cristal em crescimento. Ao mesmo tempo, a grafite revestida de TAC tem melhor resistência à corrosão química do que a grafite revestida com SiC, pode ser usada de forma estável a altas temperaturas de 2600 ° e não reage com muitos elementos metálicos. É o melhor revestimento nos cenários de crescimento de cristal único de terceira geração semicondutores e gravura de wafer. Essa inércia química melhora significativamente o controle da temperatura e das impurezas no processo e prepara as bolachas de carboneto de silício de alta qualidade e as bolachas epitaxiais relacionadas. É especialmente adequado para o equipamento MOCVD cultivar cristais únicos ou equipamentos de PVT para cultivar cristais únicos SiC, e a qualidade dos cristais únicos adultos é significativamente melhorada.

● Reduza as impurezas:

O revestimento TaC ajuda a limitar a incorporação de impurezas (como nitrogênio), que podem causar defeitos como microtubos em cristais de SiC. De acordo com pesquisas da Universidade da Europa Oriental na Coreia do Sul, a principal impureza no crescimento de cristais de SiC é o nitrogênio, e os cadinhos de grafite revestidos com carboneto de tântalo podem efetivamente limitar a incorporação de nitrogênio dos cristais de SiC, reduzindo assim a geração de defeitos como microtubos e melhorando a qualidade do cristal. Estudos demonstraram que, nas mesmas condições, as concentrações de transportadores de wafers de SiC cultivadas em cadinhos de grafite com revestimento de SiC tradicionais e cadinhos de revestimento TAC são de aproximadamente 4,5×10¹⁷/cm e 7,6×10¹⁵/cm, respectivamente.

●  Reduza os custos de produção:

Atualmente, o custo dos cristais SiC permaneceu alto, do qual o custo dos consumíveis de grafite é responsável por cerca de 30%. A chave para reduzir o custo dos consumíveis de grafite é aumentar sua vida útil. De acordo com dados da equipe de pesquisa britânica, o revestimento de carboneto de Tantalum pode prolongar a vida útil das peças de grafite em 35-55%. Com base nesse cálculo, a substituição de apenas grafite revestida de carboneto de tantalum pode reduzir o custo dos cristais SiC em 12%a 18%.

Resumo

Comparação da camada TaC e camada SIC com resistência a altas temperaturas, propriedades térmicas, propriedades químicas, redução na qualidade, diminuição na produção, baixa produção, etc. propriedades físicas angulares, descrição completa da beleza da camada SiC (TaC) no comprimento de produção do cristal SiC insubstituibilidade.

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