Miks on ränidioksiidiga kaetud grafiidisusseptorid pooljuhtide epitaksia jaoks hädavajalikud?

Kuna pooljuhtseadmed arenevad jätkuvalt suurema võimsuse, kõrgema sageduse ja suurema integratsiooni suunas, on epitaksiaalsele kasvuseadmetele esitatavad nõuded muutunud üha nõudlikumaks. Ükskõik, kas toodavad SiC toiteseadmeid, GaN RF komponente, LED-kiipe või räni epitaksiaalseid vahvleid, toetuvad tootjad reaktori sees ühele kriitilisele komponendile – ränikarbiidiga kaetud grafiidisusseptorile.

Kuigi see komponent on väljaspool reaktsioonikambrit harva nähtav, mõjutab see otseselt vahvli temperatuuri ühtlust, osakeste teket, katte eluiga ja lõpuks seadme saagist.

Mis on SiC-kattega grafiidisusseptor?

SiC-kattega grafiidisusseptor on täpselt konstrueeritud grafiidikomponent, mis on kaitstud tiheda keemilise aurustamise-sadestamise (CVD) ränikarbiidkattega.

Epitaksiaalreaktoris täidab sustseptor mitmeid kriitilisi funktsioone:

• Toetab pooljuhtvahvleid kogu kasvuprotsessi vältel
• Kannab kuumuse ühtlaselt üle küttekehast vahvlile
• Kile ühtluse parandamiseks pöörleb koos vahvliga
• Säilitab mõõtmete stabiilsuse korduva termilise tsükli korral
• Kaitseb grafiidist aluspinda söövitavate protsessigaaside eest

Olenevalt protsessist võivad sustseptorid olla kujundatud pannkoogi sustseptoritena, tünnsusseptoritena, kandikutena, vahvlikandjatena või kohandatud reaktorikomponentidena.

Miks mitte kasutada paljast grafiiti?

Grafiiti on pikka aega tunnistatud üheks parimaks kõrge temperatuuriga insener-tehniliseks materjaliks, kuna:

· Suurepärane soojusjuhtivus

· Madal soojuspaisumistegur

· Kõrge temperatuuri stabiilsus

· Lihtne töödeldavus

· Madal tihedus

Paljas grafiit ei sobi aga otseseks pooljuhtide töötlemiseks.

Epitakseerimise ajal ründavad protsessigaasid nagu H2, HCl, NH3, silaan, klorosilaanid ja metalli-orgaanilised lähteained pidevalt avatud grafiitpindu. Aja jooksul hakkab grafiit oksüdeeruma, korrodeeruma ja eraldama süsinikuosakesi.

Need osakesed võivad:

· saastada vahvleid,

· suurendada defektide tihedust,

· vähendada epitaksiaalset ühtlust,

· lühendada reaktori hooldusintervalle.

Seetõttu kasutatakse peaaegu kõigis tänapäevastes pooljuhtreaktorites grafiidi asemel kaitsvat keraamilist kattekihti.

Miks on eelistatud kate ränikarbiid?

Saadaolevate kattematerjalide (sh BN, ZrB₂, TaC ja mitmesugused oksiidkatted) hulgas on CVD ränikarbiid muutunud tööstusstandardiks, kuna see pakub suurepärast soojuse, keemiliste ja mehaaniliste omaduste tasakaalu.

Peamised eelised hõlmavad järgmist:

• Suurepärane keemiline vastupidavus: Tihe SiC takistab söövitavate gaaside jõudmist grafiidist substraadile, pikendades märkimisväärselt komponendi eluiga.
• Suurepärane soojusjuhtivus ： Kõrge soojusjuhtivus võimaldab kiiret soojusülekannet, säilitades samal ajal suurepärase temperatuuri ühtluse kogu vahvli ulatuses.
• Madal soojuspaisumise mittevastavus: SiC soojuspaisumise koefitsient ühtib täpselt grafiidiga, vähendades sisemist pinget korduvate kütte- ja jahutustsüklite ajal.
• Kõrge kõvadus: kate on hõõrdumisele vastupidav vahvli laadimise ja reaktori töö ajal.
• Kõrge puhtusastmega: Kvaliteetsed CVD SiC katted minimeerivad metalli saastumist ja osakeste teket – see on kriitilise tähtsusega täiustatud pooljuhtide tootmiseks.

Miks keemiline aurustamine-sadestamine (CVD)?

On olemas mitmesuguseid katmistehnoloogiaid, sealhulgas:

· Plasmapihustamine

· Sol-geelkate

· Elektroforeetiline sadestumine

· Pakkide tsementeerimine

· Pintsli katmine

Kuid pooljuhtide tootmine eelistab valdavalt keemilist aurustamise-sadestamise (CVD) kasutamist, kuna see toodab katteid:

· äärmiselt kõrge puhtusastmega,

· suurepärane tihedus,

· ühtlane paksus,

· suurepärane nakkuvus,

· madal poorsus,

· suurepärane vastavus keerukate geomeetriate korral.

Erinevalt pihustatud katetest, mis sisaldavad sageli poore ja nõrku liideseid, moodustab CVD SiC grafiidist substraadiga keemiliselt seotud tiheda kristallilise kihi, mille tulemuseks on oluliselt pikem kasutusiga karmides protsessitingimustes.

Tüüpilised rakendused

SiC-kattega grafiitkomponente kasutatakse laialdaselt:

SiC Epitaxy: juhtivate ja poolisoleerivate SiC vahvlite toetamine MOSFETide, SBD-de ja muude toiteseadmete homoepitaksiaalse kasvu ajal.

Silicon Epitaxy: Stabiilsete termiliste platvormide pakkumine CMOS-i ja jõupooljuhtide tootmises kasutatava räniplaadi epitaksi jaoks.

GaN Epitaxy: GaN-on-Si ja GaN-on-SiC kasvu toetamine raadiosagedusseadmete, HEMT-de, MicroLED-ide ja jõuelektroonika jaoks.

LED tootmine: kasutatakse MOCVD reaktorites sinise, rohelise, UV ja MicroLED epitaksiaalseks kasvuks.

Järeldus

Kuna pooljuhtprotsessid liiguvad jätkuvalt suuremate vahvlite, tihedamate protsessiakende ja väiksemate defektide tiheduse poole, kasvab suure jõudlusega reaktorikomponentide tähtsus jätkuvalt.

CVD SiC-kattega grafiidisustseptorid on muutunud asendamatuks, kuna need ühendavad grafiidi suurepärase termilise jõudluse ränikarbiidi suurepärase keemilise vastupidavuse, puhtuse ja vastupidavusega.

Olenemata sellest, kas tegemist on ränikarbiidi toiteseadmete, GaN RF-elektroonika, LED-tootmise või räni epitaksiga, kvaliteetsetesse SiC-kattega grafiitkomponentidesse investeerimine aitab kaasa suuremale saagisele, seadmete pikemale tööajale ja madalamatele tootmiskuludele.