CVD επίστρωση καρβιδίου του πυριτίου-2

Επίστρωση καρβιδίου του πυριτίου CVD

1. Γιατί υπάρχει αεπίστρωση καρβιδίου του πυριτίου

Η επιταξιακή στρώση είναι μια συγκεκριμένη λεπτή μεμβράνη μονού κρυστάλλου που αναπτύσσεται στη βάση της γκοφρέτας μέσω της επιταξιακής διαδικασίας. Η γκοφρέτα υποστρώματος και η επιταξιακή λεπτή μεμβράνη ονομάζονται συλλογικά επιταξιακές γκοφρέτες. Μεταξύ αυτών, τοκαρβίδιο του πυριτίου επιταξιακόΤο στρώμα αναπτύσσεται στο αγώγιμο υπόστρωμα καρβιδίου του πυριτίου για να ληφθεί μια ομοιογενής επιταξιακή γκοφρέτα καρβιδίου του πυριτίου, η οποία μπορεί περαιτέρω να κατασκευαστεί σε συσκευές ισχύος όπως οι δίοδοι Schottky, τα MOSFET και τα IGBT. Μεταξύ αυτών, το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο είναι το υπόστρωμα 4H-SiC.

Δεδομένου ότι όλες οι συσκευές πραγματοποιούνται βασικά στην επιταξία, η ποιότητα τωνεπιταξίαέχει μεγάλη επίδραση στην απόδοση της συσκευής, αλλά η ποιότητα της επιταξίας επηρεάζεται από την επεξεργασία κρυστάλλων και υποστρωμάτων. Βρίσκεται στον μεσαίο κρίκο ενός κλάδου και παίζει πολύ κρίσιμο ρόλο στην ανάπτυξη του κλάδου.

Οι κύριες μέθοδοι για την παρασκευή επιταξιακών στρωμάτων καρβιδίου του πυριτίου είναι: μέθοδος ανάπτυξης εξάτμισης. επιταξία υγρής φάσης (LPE); μοριακή επιταξία δέσμης (MBE); χημική εναπόθεση ατμών (CVD).

Μεταξύ αυτών, η χημική εναπόθεση ατμού (CVD) είναι η πιο δημοφιλής ομοεπιταξιακή μέθοδος 4H-SiC. Η επιταξία 4-H-SiC-CVD χρησιμοποιεί γενικά εξοπλισμό CVD, ο οποίος μπορεί να εξασφαλίσει τη συνέχιση του επιταξιακού στρώματος 4H κρυστάλλου SiC υπό συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας ανάπτυξης.

Στον εξοπλισμό CVD, το υπόστρωμα δεν μπορεί να τοποθετηθεί απευθείας πάνω στο μέταλλο ή απλά να τοποθετηθεί σε βάση για επιταξιακή εναπόθεση, επειδή περιλαμβάνει διάφορους παράγοντες όπως κατεύθυνση ροής αερίου (οριζόντια, κατακόρυφη), θερμοκρασία, πίεση, στερέωση και πτώση ρύπων. Επομένως, χρειάζεται μια βάση, και στη συνέχεια τοποθετείται το υπόστρωμα στο δίσκο και στη συνέχεια πραγματοποιείται επιταξιακή εναπόθεση στο υπόστρωμα χρησιμοποιώντας τεχνολογία CVD. Αυτή η βάση είναι η βάση γραφίτη με επικάλυψη SiC.

Ως βασικό συστατικό, η βάση γραφίτη έχει τα χαρακτηριστικά της υψηλής ειδικής αντοχής και του ειδικού συντελεστή, της καλής αντοχής στο θερμικό σοκ και της αντοχής στη διάβρωση, αλλά κατά τη διαδικασία παραγωγής, ο γραφίτης θα διαβρωθεί και θα κονιοποιηθεί λόγω των υπολειμμάτων διαβρωτικών αερίων και μεταλλικών οργανικών ύλη, και η διάρκεια ζωής της βάσης γραφίτη θα μειωθεί σημαντικά.

Ταυτόχρονα, η πεσμένη σκόνη γραφίτη θα μολύνει το τσιπ. Στη διαδικασία παραγωγής επιταξιακών πλακών καρβιδίου του πυριτίου, είναι δύσκολο να ικανοποιηθούν οι ολοένα και πιο αυστηρές απαιτήσεις των ανθρώπων για τη χρήση υλικών γραφίτη, γεγονός που περιορίζει σοβαρά την ανάπτυξη και την πρακτική εφαρμογή του. Ως εκ τούτου, η τεχνολογία επίστρωσης άρχισε να αυξάνεται.

2. Πλεονεκτήματα τουΕπικάλυψη SiC

Οι φυσικές και χημικές ιδιότητες της επίστρωσης έχουν αυστηρές απαιτήσεις για αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες και αντοχή στη διάβρωση, που επηρεάζουν άμεσα την απόδοση και τη διάρκεια ζωής του προϊόντος. Το υλικό SiC έχει υψηλή αντοχή, υψηλή σκληρότητα, χαμηλό συντελεστή θερμικής διαστολής και καλή θερμική αγωγιμότητα. Είναι ένα σημαντικό δομικό υλικό υψηλής θερμοκρασίας και υλικό ημιαγωγών υψηλής θερμοκρασίας. Εφαρμόζεται σε βάση γραφίτη. Τα πλεονεκτήματά του είναι:

-Το SiC είναι ανθεκτικό στη διάβρωση και μπορεί να τυλίξει πλήρως τη βάση του γραφίτη και έχει καλή πυκνότητα για την αποφυγή ζημιών από διαβρωτικό αέριο.

-Το SiC έχει υψηλή θερμική αγωγιμότητα και υψηλή αντοχή συγκόλλησης με τη βάση γραφίτη, διασφαλίζοντας ότι η επίστρωση δεν πέφτει εύκολα μετά από πολλαπλούς κύκλους υψηλής και χαμηλής θερμοκρασίας.

-Το SiC έχει καλή χημική σταθερότητα για να αποτρέψει την αστοχία της επίστρωσης σε μια ατμόσφαιρα υψηλής θερμοκρασίας και διαβρωτικό.

Επιπλέον, οι επιταξικοί κλίβανοι διαφορετικών υλικών απαιτούν δίσκους γραφίτη με διαφορετικούς δείκτες απόδοσης. Η προσαρμογή του συντελεστή θερμικής διαστολής των υλικών γραφίτη απαιτεί προσαρμογή στη θερμοκρασία ανάπτυξης του επιταξιακού κλιβάνου. Για παράδειγμα, η θερμοκρασία της επιταξιακής ανάπτυξης καρβιδίου του πυριτίου είναι υψηλή και απαιτείται ένας δίσκος με υψηλό συντελεστή θερμικής διαστολής που ταιριάζει. Ο συντελεστής θερμικής διαστολής του SiC είναι πολύ κοντά σε αυτόν του γραφίτη, καθιστώντας τον κατάλληλο ως το προτιμώμενο υλικό για την επιφανειακή επίστρωση της βάσης γραφίτη.
Τα υλικά SiC έχουν μια ποικιλία κρυσταλλικών μορφών και τα πιο συνηθισμένα είναι τα 3C, 4H και 6H. Διαφορετικές κρυσταλλικές μορφές SiC έχουν διαφορετικές χρήσεις. Για παράδειγμα, το 4H-SiC μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή συσκευών υψηλής ισχύος. Το 6H-SiC είναι το πιο σταθερό και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή οπτοηλεκτρονικών συσκευών. Το 3C-SiC μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή επιταξιακών στρωμάτων GaN και την κατασκευή συσκευών RF SiC-GaN λόγω της παρόμοιας δομής του με το GaN. Το 3C-SiC αναφέρεται συνήθως ως β-SiC. Μια σημαντική χρήση του β-SiC είναι ως λεπτή μεμβράνη και υλικό επίστρωσης. Επομένως, το β-SiC είναι επί του παρόντος το κύριο υλικό για επίστρωση.
Οι επικαλύψεις SiC χρησιμοποιούνται συνήθως στην παραγωγή ημιαγωγών. Χρησιμοποιούνται κυρίως σε υποστρώματα, επιταξία, διάχυση οξείδωσης, χάραξη και εμφύτευση ιόντων. Οι φυσικές και χημικές ιδιότητες της επίστρωσης έχουν αυστηρές απαιτήσεις για αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες και αντοχή στη διάβρωση, που επηρεάζουν άμεσα την απόδοση και τη διάρκεια ζωής του προϊόντος. Επομένως, η προετοιμασία της επικάλυψης SiC είναι κρίσιμη.