Semicera Semiconductor σχεδιάζει να αυξήσει την παραγωγή βασικών εξαρτημάτων για εξοπλισμό κατασκευής ημιαγωγών παγκοσμίως. Μέχρι το 2027, στοχεύουμε να ιδρύσουμε ένα νέο εργοστάσιο 20.000 τετραγωνικών μέτρων με συνολική επένδυση 70 εκατομμυρίων USD. Ένα από τα βασικά μας στοιχεία, τοφορέας γκοφρέτας καρβιδίου του πυριτίου (SiC)., επίσης γνωστός ως υποδοχέας, έχει δει σημαντικές προόδους. Λοιπόν, τι ακριβώς είναι αυτός ο δίσκος που χωράει τις γκοφρέτες;
Στη διαδικασία κατασκευής πλακιδίων, επιταξιακά στρώματα χτίζονται σε ορισμένα υποστρώματα γκοφρέτας για τη δημιουργία συσκευών. Για παράδειγμα, τα επιταξιακά στρώματα GaAs παρασκευάζονται σε υποστρώματα πυριτίου για συσκευές LED, τα επιταξιακά στρώματα SiC αναπτύσσονται σε αγώγιμα υποστρώματα SiC για εφαρμογές ισχύος όπως τα SBD και τα MOSFET και τα επιταξιακά στρώματα GaN κατασκευάζονται σε ημιμονωτικά υποστρώματα SiC για εφαρμογές ραδιοσυχνοτήτων όπως τα HEMT . Αυτή η διαδικασία βασίζεται σε μεγάλο βαθμόχημική εναπόθεση ατμών (CVD)εξοπλισμός.
Στον εξοπλισμό CVD, τα υποστρώματα δεν μπορούν να τοποθετηθούν απευθείας σε μέταλλο ή σε μια απλή βάση για επιταξιακή εναπόθεση λόγω διαφόρων παραγόντων όπως η ροή αερίου (οριζόντια, κάθετη), η θερμοκρασία, η πίεση, η σταθερότητα και η μόλυνση. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιείται ένας υποδοχέας για την τοποθέτηση του υποστρώματος, επιτρέποντας την επιταξιακή εναπόθεση χρησιμοποιώντας την τεχνολογία CVD. Αυτός ο υποδοχέας είναι οΥποδοχέας γραφίτη με επικάλυψη SiC.
Επικαλυμμένοι με SiC υποδοχείς γραφίτη χρησιμοποιούνται συνήθως σε εξοπλισμό Μεταλλο-Οργανικής Χημικής Εναπόθεσης Ατμών (MOCVD) για τη στήριξη και τη θέρμανση μονοκρυσταλλικών υποστρωμάτων. Η θερμική σταθερότητα και ομοιομορφία του Επικαλυμμένοι με SiC υποδοχείς γραφίτηείναι ζωτικής σημασίας για την ποιότητα ανάπτυξης των επιταξιακών υλικών, καθιστώντας τα βασικό συστατικό του εξοπλισμού MOCVD (κορυφαίες εταιρείες εξοπλισμού MOCVD όπως η Veeco και η Aixtron). Επί του παρόντος, η τεχνολογία MOCVD χρησιμοποιείται ευρέως στην επιταξιακή ανάπτυξη φιλμ GaN για μπλε LED λόγω της απλότητας, του ελεγχόμενου ρυθμού ανάπτυξης και της υψηλής καθαρότητάς της. Ως ουσιαστικό μέρος του αντιδραστήρα MOCVD, τουποδοχέας για επιταξιακή ανάπτυξη μεμβράνης GaNπρέπει να έχει αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες, ομοιόμορφη θερμική αγωγιμότητα, χημική σταθερότητα και ισχυρή αντίσταση θερμικών κραδασμών. Ο γραφίτης πληροί αυτές τις απαιτήσεις τέλεια.
Ως βασικό συστατικό του εξοπλισμού MOCVD, ο υποδοχέας γραφίτη υποστηρίζει και θερμαίνει μονοκρυσταλλικά υποστρώματα, επηρεάζοντας άμεσα την ομοιομορφία και την καθαρότητα των υλικών μεμβράνης. Η ποιότητά του επηρεάζει άμεσα την παρασκευή των επιταξιακών γκοφρετών. Ωστόσο, με την αυξημένη χρήση και τις ποικίλες συνθήκες εργασίας, οι υποδοχείς γραφίτη φθείρονται εύκολα και θεωρούνται αναλώσιμα.
Υποδοχείς MOCVDπρέπει να έχουν ορισμένα χαρακτηριστικά επίστρωσης για να πληρούν τις ακόλουθες απαιτήσεις:
- -Καλή κάλυψη:Η επίστρωση πρέπει να καλύπτει πλήρως τον υποδοχέα γραφίτη με υψηλή πυκνότητα για την πρόληψη της διάβρωσης σε ένα διαβρωτικό περιβάλλον αερίου.
- -Υψηλή αντοχή συγκόλλησης:Η επίστρωση πρέπει να συνδέεται ισχυρά με τον υποδοχέα γραφίτη, αντέχοντας πολλαπλούς κύκλους υψηλής και χαμηλής θερμοκρασίας χωρίς να αποκολλάται.
- -Χημική σταθερότητα:Η επίστρωση πρέπει να είναι χημικά σταθερή για να αποφευχθεί η αστοχία σε ατμόσφαιρες υψηλής θερμοκρασίας και διαβρωτικές.
Το SiC, με την αντοχή στη διάβρωση, την υψηλή θερμική αγωγιμότητα, την αντίσταση σε θερμικό σοκ και την υψηλή χημική σταθερότητα, αποδίδει καλά στο επιταξιακό περιβάλλον GaN. Επιπλέον, ο συντελεστής θερμικής διαστολής του SiC είναι παρόμοιος με τον γραφίτη, καθιστώντας το SiC το προτιμώμενο υλικό για επικαλύψεις υποδοχέα γραφίτη.
Επί του παρόντος, οι συνήθεις τύποι SiC περιλαμβάνουν 3C, 4H και 6H, καθένας κατάλληλος για διαφορετικές εφαρμογές. Για παράδειγμα, το 4H-SiC μπορεί να παράγει συσκευές υψηλής ισχύος, το 6H-SiC είναι σταθερό και χρησιμοποιείται για οπτοηλεκτρονικές συσκευές, ενώ το 3C-SiC έχει παρόμοια δομή με το GaN, καθιστώντας το κατάλληλο για παραγωγή επιταξιακού στρώματος GaN και συσκευές RF SiC-GaN. Το 3C-SiC, γνωστό και ως β-SiC, χρησιμοποιείται κυρίως ως φιλμ και υλικό επίστρωσης, καθιστώντας το κύριο υλικό για επικαλύψεις.
Υπάρχουν διάφορες μέθοδοι προετοιμασίαςΕπιστρώσεις SiC, συμπεριλαμβανομένου κολλοειδούς γέλης, ενσωμάτωσης, βουρτσίσματος, ψεκασμού πλάσματος, χημικής αντίδρασης ατμού (CVR) και εναπόθεσης χημικών ατμών (CVD).
Μεταξύ αυτών, η μέθοδος ενσωμάτωσης είναι μια διαδικασία πυροσυσσωμάτωσης στερεάς φάσης υψηλής θερμοκρασίας. Τοποθετώντας το υπόστρωμα γραφίτη σε σκόνη ενσωμάτωσης που περιέχει σκόνη Si και C και πυροσυσσωμάτωση σε περιβάλλον αδρανούς αερίου, σχηματίζεται μια επικάλυψη SiC στο υπόστρωμα γραφίτη. Αυτή η μέθοδος είναι απλή και η επίστρωση δένει καλά με το υπόστρωμα. Ωστόσο, η επίστρωση δεν έχει ομοιομορφία πάχους και μπορεί να έχει πόρους, οδηγώντας σε κακή αντίσταση στην οξείδωση.
Μέθοδος επίστρωσης με ψεκασμό
Η μέθοδος επίστρωσης με ψεκασμό περιλαμβάνει τον ψεκασμό υγρών πρώτων υλών στην επιφάνεια του υποστρώματος γραφίτη και τη σκλήρυνση τους σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία για να σχηματιστεί μια επίστρωση. Αυτή η μέθοδος είναι απλή και οικονομικά αποδοτική, αλλά έχει ως αποτέλεσμα αδύναμη σύνδεση μεταξύ της επίστρωσης και του υποστρώματος, κακή ομοιομορφία επίστρωσης και λεπτές επιστρώσεις με χαμηλή αντίσταση στην οξείδωση, που απαιτούν βοηθητικές μεθόδους.
Μέθοδος Ψεκασμού Δέσμης Ιόντων
Ο ψεκασμός δέσμης ιόντων χρησιμοποιεί ένα πιστόλι δέσμης ιόντων για να ψεκάσει λιωμένα ή μερικώς τηγμένα υλικά στην επιφάνεια του υποστρώματος γραφίτη, σχηματίζοντας μια επικάλυψη κατά τη στερεοποίηση. Αυτή η μέθοδος είναι απλή και παράγει πυκνές επικαλύψεις SiC. Ωστόσο, οι λεπτές επικαλύψεις έχουν ασθενή αντίσταση στην οξείδωση, που χρησιμοποιούνται συχνά για σύνθετες επικαλύψεις SiC για τη βελτίωση της ποιότητας.
Μέθοδος Sol-Gel
Η μέθοδος sol-gel περιλαμβάνει την παρασκευή ενός ομοιόμορφου, διαφανούς διαλύματος κολλοειδούς διαλύματος, την κάλυψη της επιφάνειας του υποστρώματος και τη λήψη της επικάλυψης μετά την ξήρανση και τη σύντηξη. Αυτή η μέθοδος είναι απλή και οικονομικά αποδοτική, αλλά έχει ως αποτέλεσμα επιστρώσεις με χαμηλή αντοχή σε θερμικό σοκ και ευαισθησία σε ρωγμές, περιορίζοντας την ευρεία εφαρμογή της.
Αντίδραση χημικών ατμών (CVR)
Το CVR χρησιμοποιεί σκόνη Si και SiO2 σε υψηλές θερμοκρασίες για να δημιουργήσει ατμό SiO, ο οποίος αντιδρά με το υπόστρωμα του υλικού άνθρακα για να σχηματίσει μια επικάλυψη SiC. Η προκύπτουσα επίστρωση SiC συνδέεται στενά με το υπόστρωμα, αλλά η διαδικασία απαιτεί υψηλές θερμοκρασίες αντίδρασης και κόστος.
Εναπόθεση χημικών ατμών (CVD)
Η CVD είναι η κύρια τεχνική για την προετοιμασία επικαλύψεων SiC. Περιλαμβάνει αντιδράσεις αέριας φάσης στην επιφάνεια του υποστρώματος γραφίτη, όπου οι πρώτες ύλες υφίστανται φυσικές και χημικές αντιδράσεις, εναποθέτοντας ως επίστρωση SiC. Το CVD παράγει στενά συνδεδεμένα επιχρίσματα SiC που ενισχύουν την αντίσταση στην οξείδωση και την αφαίρεση του υποστρώματος. Ωστόσο, η CVD έχει μεγάλους χρόνους εναπόθεσης και μπορεί να περιλαμβάνει τοξικά αέρια.
Κατάσταση αγοράς
Στην αγορά υποδοχέων γραφίτη με επικάλυψη SiC, οι ξένοι κατασκευαστές κατέχουν σημαντικό προβάδισμα και υψηλό μερίδιο αγοράς. Η Semicera έχει ξεπεράσει τις βασικές τεχνολογίες για ομοιόμορφη ανάπτυξη επικάλυψης SiC σε υποστρώματα γραφίτη, παρέχοντας λύσεις που αντιμετωπίζουν τη θερμική αγωγιμότητα, το μέτρο ελαστικότητας, την ακαμψία, τα ελαττώματα του πλέγματος και άλλα ζητήματα ποιότητας, ικανοποιώντας πλήρως τις απαιτήσεις εξοπλισμού MOCVD.
Μελλοντικές προοπτικές
Η βιομηχανία ημιαγωγών της Κίνας αναπτύσσεται με ταχείς ρυθμούς, με την αυξανόμενη τοπική προσαρμογή του επιταξιακού εξοπλισμού MOCVD και την επέκταση των εφαρμογών. Η αγορά υποδοχέων γραφίτη με επικάλυψη SiC αναμένεται να αναπτυχθεί γρήγορα.
Σύναψη
Ως κρίσιμο στοιχείο στον εξοπλισμό σύνθετων ημιαγωγών, η γνώση της βασικής τεχνολογίας παραγωγής και ο εντοπισμός των επικαλυμμένων με SiC υποδοχέων γραφίτη είναι στρατηγικής σημασίας για τη βιομηχανία ημιαγωγών της Κίνας. Το εγχώριο πεδίο υποδοχέα γραφίτη με επίστρωση SiC ακμάζει, με την ποιότητα των προϊόντων να φτάνει σε διεθνή επίπεδα.Ημικεράπροσπαθεί να γίνει κορυφαίος προμηθευτής στον τομέα αυτό.
Ώρα δημοσίευσης: 17 Ιουλίου 2024