Khả năng than chì được phủ SIC là gì?

Hình 1. Mây than chì được phủ lớp phủ

1. Lớp epiticular và thiết bị của nó

Trong quá trình sản xuất wafer, chúng ta cần xây dựng thêm một lớp epiticular trên một số chất nền wafer để tạo điều kiện cho việc sản xuất thiết bị. Epitaxy đề cập đến quá trình phát triển một tinh thể đơn mới trên một chất nền tinh thể duy nhất đã được xử lý cẩn thận bằng cách cắt, mài và đánh bóng. Tinh thể đơn mới có thể là vật liệu giống như chất nền, hoặc một vật liệu khác (homoepiticular hoặc heteroepiticular). Vì lớp tinh thể đơn mới phát triển dọc theo pha tinh thể cơ chất, nó được gọi là lớp epiticular và sản xuất thiết bị được thực hiện trên lớp epiticular. 

Ví dụ, aGaas epitaxialLớp được chuẩn bị trên chất nền silicon cho các thiết bị phát sáng LED; MộtSic epitaxialLớp được phát triển trên chất nền SIC dẫn điện để xây dựng SBD, MOSFET và các thiết bị khác trong các ứng dụng điện; Một lớp epiticular được xây dựng trên chất nền SIC bán kết hợp để tiếp tục sản xuất các thiết bị như HEMT trong các ứng dụng tần số vô tuyến như truyền thông. Các thông số như độ dày của vật liệu epiticular SIC và nồng độ sóng mang nền trực tiếp xác định các tính chất điện khác nhau của các thiết bị SIC. Trong quá trình này, chúng ta không thể làm mà không có thiết bị lắng đọng hơi hóa học (CVD).

Hình 2. Các chế độ tăng trưởng màng epiticular

2. Tầm quan trọng của SIC lớp phủ than chì trong thiết bị CVD

Trong thiết bị CVD, chúng ta không thể đặt chất nền trực tiếp lên kim loại hoặc đơn giản là trên một cơ sở để lắng đọng epiticular, bởi vì nó liên quan đến nhiều yếu tố như hướng dòng khí (ngang, dọc), nhiệt độ, áp suất, cố định và chất gây ô nhiễm. Do đó, chúng ta cần sử dụng một bộ nhớ (người vận chuyển wafer) để đặt chất nền trên khay và sử dụng công nghệ CVD để thực hiện lắng đọng epiticular trên đó. Mối đau này là bộ nhạy cảm than chì được phủ SIC (còn được gọi là khay).

2

Bộ nhớ than chì được phủ SIC đóng vai trò chính trongThiết bị lắng đọng hơi hóa học hữu cơ kim loại (MOCVD)Để hỗ trợ và làm nóng chất nền tinh thể đơn. Độ ổn định nhiệt và tính đồng nhất nhiệt của bộ nhớ này là rất quan trọng đối với chất lượng của vật liệu epitical, vì vậy nó được coi là một thành phần lõi không thể thiếu trong thiết bị MOCVD. Công nghệ lắng đọng hơi hóa học hữu cơ kim loại (MOCVD) hiện được sử dụng rộng rãi trong sự tăng trưởng epiticular của màng mỏng GaN trong đèn LED màu xanh vì nó có lợi thế của hoạt động đơn giản, tốc độ tăng trưởng có thể kiểm soát và độ tinh khiết cao.

Là một trong những thành phần cốt lõi trong thiết bị MOCVD, bộ cảm giác than chì Vetek Semicductor chịu trách nhiệm hỗ trợ và làm nóng các chất tinh thể đơn, ảnh hưởng trực tiếp đến tính đồng nhất và độ tinh khiết của vật liệu màng mỏng, và do đó có liên quan đến chất lượng chuẩn bị của các tấm wafer epitaxial. Khi số lượng sử dụng tăng lên và môi trường làm việc thay đổi, bộ nhớ than chì dễ bị mòn và do đó được phân loại là tiêu thụ.

2.2. Đặc điểm của bộ nhớ than chì phủ SIC

Để đáp ứng nhu cầu của thiết bị MOCVD, lớp phủ cần thiết cho bộ nhớ than chì phải có các đặc điểm cụ thể để đáp ứng các tiêu chuẩn sau:

Bảo hiểm tốt: Lớp phủ SIC phải bao phủ hoàn toàn bộ nhớ và có mật độ cao để ngăn ngừa thiệt hại trong môi trường khí ăn mòn.

Sức mạnh liên kết cao: Lớp phủ phải được liên kết chặt chẽ với bộ nhớ và không dễ bị rơi sau nhiều chu kỳ nhiệt độ cao và nhiệt độ thấp.

✔ Ổn định hóa chất tốt: Lớp phủ phải có độ ổn định hóa học tốt để tránh thất bại trong nhiệt độ cao và khí quyển ăn mòn.

2.3 Khó khăn và thách thức trong việc phù hợp với vật liệu cacbua than chì và silicon

Silicon cacbua (SIC) hoạt động tốt trong khí quyển của GAN Epiticular do những ưu điểm của nó như khả năng chống ăn mòn, độ dẫn nhiệt cao, khả năng chống sốc nhiệt và độ ổn định hóa học tốt. Hệ số giãn nở nhiệt của nó tương tự như than chì, làm cho nó trở thành vật liệu ưa thích cho lớp phủ nhạy cảm với than chì.

Tuy nhiên, sau tất cả,than chìVàCarbide siliconlà hai vật liệu khác nhau, và vẫn sẽ có tình huống lớp phủ có tuổi thọ ngắn, dễ giảm và tăng chi phí do các hệ số mở rộng nhiệt khác nhau. 

3. Công nghệ lớp phủ SIC

3.1. Các loại sic phổ biến

Hiện tại, các loại SIC phổ biến bao gồm 3C, 4H và 6H và các loại SIC khác nhau phù hợp cho các mục đích khác nhau. Ví dụ, 4H-SIC phù hợp để sản xuất các thiết bị công suất cao, 6H-SIC tương đối ổn định và có thể được sử dụng cho các thiết bị quang điện tử và 3C-SIC có thể được sử dụng để chuẩn bị các lớp epiticular của GAN và sản xuất các thiết bị SiC-Gan RF do cấu trúc tương tự của nó. 3C-SIC cũng thường được gọi là-SiC, chủ yếu được sử dụng cho màng mỏng và vật liệu phủ. Do đó,-SIC hiện là một trong những vật liệu chính cho lớp phủ.

3.2.Lớp phủ cacbua siliconPhương pháp chuẩn bị

Có nhiều lựa chọn để điều chế lớp phủ cacbua silicon, bao gồm phương pháp gel-sol, phương pháp phun, phương pháp phun chùm tia ion, phương pháp phản ứng hơi hóa học (CVR) và phương pháp lắng đọng hơi hóa học (CVD). Trong số đó, phương pháp lắng đọng hơi hóa học (CVD) hiện là công nghệ chính để chuẩn bị lớp phủ SIC. Phương pháp này đặt lớp phủ SIC trên bề mặt chất nền thông qua phản ứng pha khí, có những ưu điểm của liên kết chặt chẽ giữa lớp phủ và chất nền, cải thiện điện trở oxy hóa và điện trở cắt bỏ của vật liệu cơ chất.

Phương pháp thiêu kết nhiệt độ cao, bằng cách đặt chất nền than chì vào bột nhúng và thiêu kết ở nhiệt độ cao trong bầu không khí trơ, cuối cùng tạo thành một lớp phủ SIC trên bề mặt chất nền, được gọi là phương pháp nhúng. Mặc dù phương pháp này rất đơn giản và lớp phủ được liên kết chặt chẽ với chất nền, nhưng độ đồng nhất của lớp phủ theo hướng độ dày là kém và các lỗ có xu hướng xuất hiện, làm giảm điện trở oxy hóa.

Phương pháp phunLiên quan đến việc phun nguyên liệu thô lên bề mặt chất nền than chì, sau đó củng cố các nguyên liệu thô ở nhiệt độ cụ thể để tạo thành lớp phủ. Mặc dù phương pháp này có chi phí thấp, lớp phủ được liên kết yếu với chất nền và lớp phủ có độ đồng nhất kém, độ dày mỏng và khả năng chống oxy hóa kém và thường cần được xử lý thêm.

Công nghệ phun chùm tia ionSử dụng súng chùm ion để phun vật liệu nóng chảy hoặc nóng chảy một phần lên bề mặt của chất nền than chì, sau đó củng cố và liên kết để tạo thành một lớp phủ. Mặc dù hoạt động rất đơn giản và có thể tạo ra lớp phủ cacbua silicon tương đối dày đặc, lớp phủ rất dễ phá vỡ và có khả năng chống oxy hóa kém. Nó thường được sử dụng để chuẩn bị lớp phủ tổng hợp SIC chất lượng cao.

Phương pháp sol-gel, phương pháp này liên quan đến việc chuẩn bị một dung dịch sol đồng đều và trong suốt, áp dụng nó lên bề mặt chất nền, sau đó sấy khô và thiêu kết để tạo thành một lớp phủ. Mặc dù hoạt động rất đơn giản và chi phí thấp, lớp phủ được chuẩn bị có khả năng chống sốc nhiệt thấp và dễ bị nứt, do đó, phạm vi ứng dụng của nó bị hạn chế.

Công nghệ phản ứng hơi hóa học (CVR): CVR sử dụng bột Si và SiO2 để tạo ra hơi SiO và tạo thành một lớp phủ SIC bằng phản ứng hóa học trên bề mặt chất nền vật liệu carbon. Mặc dù một lớp phủ liên kết chặt chẽ có thể được chuẩn bị, cần có nhiệt độ phản ứng cao hơn và chi phí cao.

Sự lắng đọng hơi hóa học (CVD): CVD hiện là công nghệ được sử dụng rộng rãi nhất để chuẩn bị lớp phủ SIC và lớp phủ SIC được hình thành bởi các phản ứng pha khí trên bề mặt chất nền. Lớp phủ được điều chế bằng phương pháp này được liên kết chặt chẽ với chất nền, giúp cải thiện khả năng chống oxy hóa và khả năng chống cắt bỏ của chất nền, nhưng đòi hỏi thời gian lắng đọng dài và khí phản ứng có thể độc hại.

Hình 3. Sơ đồ suy giảm hơi nước

4. Cạnh tranh thị trường vàNó bán dẫnĐổi mới công nghệ

Trong thị trường Chất nền than chì SIC, các nhà sản xuất nước ngoài đã bắt đầu sớm hơn, với những lợi thế hàng đầu rõ ràng và thị phần cao hơn. Trên bình diện quốc tế, Xycard ở Hà Lan, SGL ở Đức, Toyo Tanso ở Nhật Bản và MEMC ở Hoa Kỳ là các nhà cung cấp chính thống và về cơ bản họ độc quyền thị trường quốc tế. Tuy nhiên, Trung Quốc hiện đã vượt qua công nghệ cốt lõi của lớp phủ SIC phát triển đồng đều trên bề mặt chất nền than chì, và chất lượng của nó đã được khách hàng trong và ngoài nước xác minh. Đồng thời, nó cũng có một số lợi thế cạnh tranh nhất định về giá cả, có thể đáp ứng các yêu cầu của thiết bị MOCVD để sử dụng chất nền than chì phủ SIC. 

Chất bán dẫn Vetek đã tham gia vào nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vựcLớp phủ sicTrong hơn 20 năm. Do đó, chúng tôi đã ra mắt công nghệ lớp đệm tương tự như SGL. Thông qua công nghệ xử lý đặc biệt, một lớp đệm có thể được thêm vào giữa than chì và cacbua silicon để tăng tuổi thọ dịch vụ hơn hai lần.