Semicera Semiconductor plant, die Produktion von Kernkomponenten für Halbleiterfertigungsanlagen weltweit zu steigern. Bis 2027 wollen wir eine neue 20.000 Quadratmeter große Fabrik mit einer Gesamtinvestition von 70 Millionen USD errichten. Eine unserer Kernkomponenten, dieWaferträger aus Siliziumkarbid (SiC)., auch Suszeptor genannt, hat erhebliche Fortschritte gemacht. Was genau ist also dieses Tablett, auf dem sich die Waffeln befinden?
Beim Wafer-Herstellungsprozess werden Epitaxieschichten auf bestimmten Wafer-Substraten aufgebaut, um Geräte herzustellen. Beispielsweise werden GaAs-Epitaxieschichten auf Siliziumsubstraten für LED-Geräte hergestellt, SiC-Epitaxieschichten werden auf leitfähigen SiC-Substraten für Leistungsanwendungen wie SBDs und MOSFETs aufgewachsen und GaN-Epitaxieschichten werden auf halbisolierenden SiC-Substraten für HF-Anwendungen wie HEMTs aufgebaut . Dieser Prozess ist stark abhängig vonchemische Gasphasenabscheidung (CVD)Ausrüstung.
In CVD-Geräten können Substrate aufgrund verschiedener Faktoren wie Gasfluss (horizontal, vertikal), Temperatur, Druck, Stabilität und Kontamination nicht direkt auf Metall oder einer einfachen Basis für die epitaktische Abscheidung platziert werden. Daher wird zur Platzierung des Substrats ein Suszeptor verwendet, der eine epitaktische Abscheidung mithilfe der CVD-Technologie ermöglicht. Dieser Suszeptor ist derSiC-beschichteter Graphitsuszeptor.
SiC-beschichtete Graphitsuszeptoren werden typischerweise in MOCVD-Geräten (Metal-Organic Chemical Vapour Deposition) zur Unterstützung und Erwärmung einkristalliner Substrate verwendet. Die thermische Stabilität und Gleichmäßigkeit von SiC-beschichtete Graphitsuszeptorensind entscheidend für die Wachstumsqualität epitaktischer Materialien und machen sie zu einem Kernbestandteil von MOCVD-Geräten (führende MOCVD-Geräteunternehmen wie Veeco und Aixtron). Derzeit wird die MOCVD-Technologie aufgrund ihrer Einfachheit, kontrollierbaren Wachstumsrate und hohen Reinheit häufig beim epitaktischen Wachstum von GaN-Filmen für blaue LEDs eingesetzt. Als wesentlicher Bestandteil des MOCVD-Reaktors ist derSuszeptor für das epitaktische Wachstum von GaN-Filmenmuss eine hohe Temperaturbeständigkeit, gleichmäßige Wärmeleitfähigkeit, chemische Stabilität und eine starke Temperaturwechselbeständigkeit aufweisen. Graphit erfüllt diese Anforderungen perfekt.
Als Kernkomponente der MOCVD-Ausrüstung stützt und erhitzt der Graphitsuszeptor einkristalline Substrate und wirkt sich direkt auf die Gleichmäßigkeit und Reinheit der Filmmaterialien aus. Seine Qualität wirkt sich direkt auf die Vorbereitung epitaktischer Wafer aus. Bei zunehmender Nutzung und unterschiedlichen Arbeitsbedingungen verschleißen Graphitsuszeptoren jedoch schnell und gelten als Verbrauchsmaterialien.
MOCVD-Suszeptorenmüssen bestimmte Beschichtungseigenschaften aufweisen, um die folgenden Anforderungen zu erfüllen:
- -Gute Abdeckung:Die Beschichtung muss den Graphitsuszeptor vollständig mit hoher Dichte bedecken, um Korrosion in einer korrosiven Gasumgebung zu verhindern.
- -Hohe Haftfestigkeit:Die Beschichtung muss fest mit dem Graphit-Suszeptor haften und mehreren Hochtemperatur- und Niedertemperaturzyklen standhalten, ohne sich abzulösen.
- -Chemische Stabilität:Die Beschichtung muss chemisch stabil sein, um ein Versagen bei hohen Temperaturen und korrosiven Atmosphären zu vermeiden.
SiC eignet sich aufgrund seiner Korrosionsbeständigkeit, hohen Wärmeleitfähigkeit, Temperaturschockbeständigkeit und hohen chemischen Stabilität gut für die GaN-Epitaxieumgebung. Darüber hinaus ähnelt der Wärmeausdehnungskoeffizient von SiC dem von Graphit, was SiC zum bevorzugten Material für Graphit-Suszeptorbeschichtungen macht.
Zu den gängigen SiC-Typen gehören derzeit 3C, 4H und 6H, die jeweils für unterschiedliche Anwendungen geeignet sind. Beispielsweise können mit 4H-SiC Hochleistungsgeräte hergestellt werden, 6H-SiC ist stabil und wird für optoelektronische Geräte verwendet, während 3C-SiC in seiner Struktur GaN ähnelt und sich daher für die Herstellung epitaktischer GaN-Schichten und SiC-GaN-HF-Geräte eignet. 3C-SiC, auch β-SiC genannt, wird hauptsächlich als Film- und Beschichtungsmaterial verwendet und ist somit ein Hauptmaterial für Beschichtungen.
Zur Zubereitung gibt es verschiedene MethodenSiC-Beschichtungen, einschließlich Sol-Gel, Einbetten, Bürsten, Plasmaspritzen, chemische Gasphasenreaktion (CVR) und chemische Gasphasenabscheidung (CVD).
Unter diesen ist das Einbettungsverfahren ein Hochtemperatur-Festphasensinterverfahren. Durch Einlegen des Graphitsubstrats in ein Einbettungspulver, das Si- und C-Pulver enthält, und Sintern in einer Inertgasumgebung bildet sich eine SiC-Beschichtung auf dem Graphitsubstrat. Diese Methode ist einfach und die Beschichtung verbindet sich gut mit dem Untergrund. Allerdings weist die Beschichtung keine gleichmäßige Dicke auf und kann Poren aufweisen, was zu einer schlechten Oxidationsbeständigkeit führt.
Sprühbeschichtungsverfahren
Bei der Sprühbeschichtungsmethode werden flüssige Rohstoffe auf die Oberfläche des Graphitsubstrats gesprüht und bei einer bestimmten Temperatur zu einer Beschichtung ausgehärtet. Diese Methode ist einfach und kostengünstig, führt jedoch zu einer schwachen Bindung zwischen der Beschichtung und dem Substrat, einer schlechten Gleichmäßigkeit der Beschichtung und dünnen Beschichtungen mit geringer Oxidationsbeständigkeit, was zusätzliche Methoden erfordert.
Ionenstrahl-Sprühverfahren
Beim Ionenstrahlspritzen wird eine Ionenstrahlkanone verwendet, um geschmolzene oder teilweise geschmolzene Materialien auf die Oberfläche des Graphitsubstrats zu sprühen und beim Erstarren eine Beschichtung zu bilden. Diese Methode ist einfach und erzeugt dichte SiC-Beschichtungen. Die dünnen Beschichtungen weisen jedoch eine schwache Oxidationsbeständigkeit auf und werden häufig für SiC-Verbundbeschichtungen verwendet, um die Qualität zu verbessern.
Sol-Gel-Methode
Bei der Sol-Gel-Methode wird eine gleichmäßige, transparente Sollösung hergestellt, die Substratoberfläche bedeckt und nach dem Trocknen und Sintern die Beschichtung erhalten. Diese Methode ist einfach und kostengünstig, führt jedoch zu Beschichtungen mit geringer Temperaturwechselbeständigkeit und Rissanfälligkeit, was ihre weitverbreitete Anwendung einschränkt.
Chemische Dampfreaktion (CVR)
CVR verwendet Si- und SiO2-Pulver bei hohen Temperaturen, um SiO-Dampf zu erzeugen, der mit dem Kohlenstoffmaterialsubstrat reagiert und eine SiC-Beschichtung bildet. Die resultierende SiC-Beschichtung verbindet sich fest mit dem Substrat, der Prozess erfordert jedoch hohe Reaktionstemperaturen und Kosten.
Chemische Gasphasenabscheidung (CVD)
CVD ist die primäre Technik zur Herstellung von SiC-Beschichtungen. Dabei handelt es sich um Gasphasenreaktionen auf der Oberfläche des Graphitsubstrats, bei denen Rohstoffe physikalische und chemische Reaktionen eingehen und sich als SiC-Beschichtung ablagern. CVD erzeugt fest haftende SiC-Beschichtungen, die die Oxidations- und Ablationsbeständigkeit des Substrats verbessern. CVD hat jedoch lange Abscheidungszeiten und kann giftige Gase enthalten.
Marktsituation
Auf dem Markt für SiC-beschichtete Graphitsuszeptoren haben ausländische Hersteller einen deutlichen Vorsprung und einen hohen Marktanteil. Semicera hat Kerntechnologien für ein gleichmäßiges Wachstum von SiC-Beschichtungen auf Graphitsubstraten überwunden und Lösungen bereitgestellt, die sich mit Wärmeleitfähigkeit, Elastizitätsmodul, Steifigkeit, Gitterdefekten und anderen Qualitätsproblemen befassen und die Anforderungen an MOCVD-Geräte vollständig erfüllen.
Zukunftsausblick
Chinas Halbleiterindustrie entwickelt sich rasant, mit zunehmender Lokalisierung von MOCVD-Epitaxiegeräten und zunehmenden Anwendungen. Der Markt für SiC-beschichtete Graphitsuszeptoren wird voraussichtlich schnell wachsen.
Abschluss
Als entscheidende Komponente in der Ausrüstung für Verbindungshalbleiter ist die Beherrschung der Kernproduktionstechnologie und die Lokalisierung von SiC-beschichteten Graphitsuszeptoren für Chinas Halbleiterindustrie von strategischer Bedeutung. Der inländische Bereich der SiC-beschichteten Graphitsuszeptoren floriert und die Produktqualität erreicht internationales Niveau.Semiceraist bestrebt, ein führender Anbieter in diesem Bereich zu werden.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 17. Juli 2024