Qu'est-ce que le suscepteur de graphite enduit de SiC?

Figure 1. Susprit de graphite enduit de sic

1. Couche épitaxiale et son équipement

Pendant le processus de fabrication de la plaquette, nous devons construire davantage une couche épitaxiale sur certains substrats de la plaquette pour faciliter la fabrication de dispositifs. L'épitaxie fait référence au processus de croissance d'un nouveau monocristal sur un substrat monocusstal qui a été soigneusement traité par la coupe, le broyage et le polissage. Le nouveau monocristal peut être le même matériau que le substrat ou un matériau différent (homoépitaxial ou hétéroépitaxial). Étant donné que la nouvelle couche monocristalline se développe le long de la phase de cristal de substrat, elle est appelée couche épitaxiale et que la fabrication de l'appareil est réalisée sur la couche épitaxiale. 

Par exemple, unGaAs épitaxialLa couche est préparée sur un substrat de silicium pour les dispositifs d'émission de lumière LED; unSIC épitaxialLa couche est cultivée sur un substrat SIC conducteur pour la construction de SBD, MOSFET et d'autres appareils dans les applications de puissance; Une couche épitaxiale GAn est construite sur un substrat SIC semi-isolant pour fabriquer davantage des dispositifs tels que HEMT dans des applications radiofréquences telles que les communications. Des paramètres tels que l'épaisseur des matériaux épitaxiaux SIC et la concentration de porte-arrière-plan déterminent directement les différentes propriétés électriques des dispositifs SIC. Dans ce processus, nous ne pouvons pas nous passer d'un équipement de dépôt de vapeur chimique (CVD).

Figure 2. Modes de croissance du film épitaxial

2.

Dans l'équipement CVD, nous ne pouvons pas placer le substrat directement sur le métal ou simplement sur une base pour le dépôt épitaxial, car il implique de nombreux facteurs tels que la direction du flux de gaz (horizontal, vertical), la température, la pression, la fixation et les contaminants. Par conséquent, nous devons utiliser un suscepteur (porte-avions) Pour placer le substrat sur un plateau et utiliser la technologie des MCV pour effectuer un dépôt épitaxial dessus. Ce suscepteur est le suscepteur de graphite enduit de SiC (également appelé plateau).

2.1 Application de SIC enduit de suscepteur en graphite dans l'équipement MOCVD

Le suscepteur en graphite enduit de SiC joue un rôle clé dansÉquipement de dépôt de vapeur chimique en métal (MOCVD)Pour soutenir et chauffer les substrats monocristallins. La stabilité thermique et l'uniformité thermique de ce suscepteur sont cruciales pour la qualité des matériaux épitaxiaux, il est donc considéré comme un composant central indispensable dans l'équipement MOCVD. La technologie de dépôt de vapeur chimique en métal (MOCVD) est actuellement largement utilisée dans la croissance épitaxiale des films minces GaN dans les LED bleus car il présente les avantages d'un fonctionnement simple, d'un taux de croissance contrôlable et d'une pureté élevée.

En tant que l'un des composants centraux de l'équipement MOCVD, Vetek Semiconductor Graphite S-Suscepteur est responsable du support et du chauffage des substrats monocristaux, ce qui affecte directement l'uniformité et la pureté des matériaux à couches minces, et est donc lié à la qualité de préparation des wafers épitaxiaux. À mesure que le nombre d'utilisations augmente et que l'environnement de travail change, le suscepteur de graphite est sujet à l'usure et est donc classé comme consommable.

2.2. Caractéristiques du suscepteur en graphite enduit de sic

Pour répondre aux besoins de l'équipement MOCVD, le revêtement requis pour le suscepteur de graphite doit avoir des caractéristiques spécifiques pour répondre aux normes suivantes:

✔ Bonne couverture: Le revêtement SIC doit couvrir complètement le suscepteur et avoir un densité élevé pour éviter les dommages dans un environnement de gaz corrosif.

✔ Force de liaison élevée: Le revêtement doit être fermement lié au suscepteur et pas facile à tomber après plusieurs cycles à haute température et à basse température.

✔ Bonne stabilité chimique: Le revêtement doit avoir une bonne stabilité chimique pour éviter la défaillance des atmosphères à haute température et corrosives.

2.3 Difficultés et défis dans la correspondance des matériaux de graphite et de carbure de silicium

Le carbure de silicium (SIC) fonctionne bien dans les atmosphères épitaxiales GaN en raison de ses avantages tels que la résistance à la corrosion, la conductivité thermique élevée, la résistance aux chocs thermiques et la bonne stabilité chimique. Son coefficient d'expansion thermique est similaire à celui du graphite, ce qui en fait le matériau préféré des revêtements de suscepteur de graphite.

Cependant, après tout,graphiteetcarbure de siliciumsont deux matériaux différents, et il y aura toujours des situations où le revêtement a une courte durée de vie, est facile à tomber et augmente les coûts en raison de différents coefficients de dilatation thermique. 

3. Technologie de revêtement SIC

3.1. Types communs de sic

À l'heure actuelle, les types communs de SiC incluent 3C, 4H et 6H, et différents types de SiC sont adaptés à différentes fins. Par exemple, 4H-SIC convient à la fabrication de dispositifs de haute puissance, 6H-SIC est relativement stable et peut être utilisé pour les dispositifs optoélectroniques, et 3C-SIC peut être utilisé pour préparer les couches épitaxiales Gan et fabriquer des dispositifs RF SIC-GAN en raison de sa structure similaire à Gan. Le 3C-SIC est également communément appelé β-SIC, qui est principalement utilisé pour les films minces et les matériaux de revêtement. Par conséquent, le β-SIC est actuellement l'un des principaux matériaux des revêtements.

3.2.Revêtement en carbure de siliciumméthode de préparation

Il existe de nombreuses options pour la préparation de revêtements de carbure de silicium, y compris la méthode de gel-sol, la méthode de pulvérisation, la méthode de pulvérisation du faisceau d'ions, la méthode de réaction de vapeur chimique (CVR) et la méthode de dépôt chimique de vapeur (CVD). Parmi eux, la méthode de dépôt de vapeur chimique (CVD) est actuellement la principale technologie pour préparer des revêtements SIC. Cette méthode dépose des revêtements SIC à la surface du substrat par réaction de phase gazeuse, qui présente les avantages d'une liaison étroite entre le revêtement et le substrat, améliorant la résistance à l'oxydation et la résistance à l'ablation du matériau du substrat.

La méthode de frittage à haute température, en plaçant le substrat de graphite dans la poudre d'incorporation et en le frittant à haute température sous une atmosphère inerte, forme enfin un revêtement SIC à la surface du substrat, qui est appelé la méthode d'incorporation. Bien que cette méthode soit simple et que le revêtement soit étroitement lié au substrat, l'uniformité du revêtement dans la direction d'épaisseur est médiocre, et les trous sont enclins à apparaître, ce qui réduit la résistance à l'oxydation.

✔ La méthode de pulvérisationImplique la pulvérisation de matières premières liquides à la surface du substrat de graphite, puis de solidifier les matières premières à une température spécifique pour former un revêtement. Bien que cette méthode soit à faible coût, le revêtement est faiblement lié au substrat, et le revêtement a une mauvaise uniformité, une épaisseur mince et une mauvaise résistance à l'oxydation, et nécessite généralement un traitement supplémentaire.

✔ Technologie de pulvérisation de faisceau d'ionsUtilise un pistolet à faisceau d'ions pour pulvériser du matériau fondu ou partiellement fondu sur la surface d'un substrat de graphite, qui se solidifie ensuite et se lie pour former un revêtement. Bien que l'opération soit simple et puisse produire un revêtement en carbure de silicium relativement dense, le revêtement est facile à casser et a une mauvaise résistance à l'oxydation. Il est généralement utilisé pour préparer des revêtements composites SIC de haute qualité.

✔ Méthode sol-gel, Cette méthode consiste à préparer une solution SOL uniforme et transparente, à l'appliquer à la surface du substrat, puis à sécher et à friper pour former un revêtement. Bien que l'opération soit simple et que le coût soit faible, le revêtement préparé a une faible résistance aux chocs thermiques et est sujet à la fissuration, de sorte que sa plage d'application est limitée.

✔ Technologie de réaction de vapeur chimique (CVR): CVR utilise la poudre SI et SiO2 pour générer une vapeur de SiO et forme un revêtement SIC par réaction chimique à la surface du substrat de matériau carbone. Bien qu'un revêtement étroitement lié puisse être préparé, une température de réaction plus élevée est nécessaire et le coût est élevé.

✔ Dépôt de vapeur chimique (CVD): CVD est actuellement la technologie la plus utilisée pour préparer des revêtements SIC, et les revêtements SIC sont formés par des réactions de phase gazeuse à la surface du substrat. Le revêtement préparé par cette méthode est étroitement lié au substrat, ce qui améliore la résistance à l'oxydation du substrat et la résistance à l'ablation, mais nécessite un long temps de dépôt, et le gaz de réaction peut être toxique.

Figure 3. Diagramme chimique de dépôt de vapeur

4. Concurrence du marché etIt semi-conducteurL’innovation technologique

Sur le marché du substrat de graphite enduit de SiC, les fabricants étrangers ont commencé plus tôt, avec des avantages évidents et une part de marché plus élevée. À l'international, Xycard aux Pays-Bas, SGL en Allemagne, Toyo Tanso au Japon et MEMC aux États-Unis sont des fournisseurs traditionnels, et ils monopolisent essentiellement le marché international. Cependant, la Chine a maintenant percuté la technologie centrale de revêtements SIC en croissance uniformément à la surface des substrats de graphite, et sa qualité a été vérifiée par des clients nationaux et étrangers. Dans le même temps, il présente également certains avantages concurrentiels de prix, qui peuvent répondre aux exigences de l'équipement MOCVD pour l'utilisation de substrats en graphite enduit de SiC. 

It semi-conducteur s'est engagé dans la recherche et le développement dans le domaine deRevêtements sicpendant plus de 20 ans. Par conséquent, nous avons lancé la même technologie de couche tampon que SGL. Grâce à une technologie de traitement spéciale, une couche de tampon peut être ajoutée entre le graphite et le carbure de silicium pour augmenter la durée de vie de la durée de plus de deux fois.