¿Qué es el susceptor de grafito recubierto de SIC?

Figura 1. Susceptor de grafito recubierto de SIC

1. Capa epitaxial y su equipo

Durante el proceso de fabricación de obleas, necesitamos construir una capa epitaxial en algunos sustratos de obleas para facilitar la fabricación de dispositivos. La epitaxia se refiere al proceso de cultivo de un nuevo cristal único en un solo sustrato de cristal que se ha procesado cuidadosamente mediante el corte, la molienda y el pulido. El nuevo cristal único puede ser el mismo material que el sustrato, o un material diferente (homoepitaxial o heteroepitaxial). Dado que la nueva capa de cristal único crece a lo largo de la fase de cristal del sustrato, se llama capa epitaxial, y la fabricación del dispositivo se lleva a cabo en la capa epitaxial. 

Por ejemplo, unGaas epitaxialLa capa se prepara en un sustrato de silicio para dispositivos emisores de luz LED; aSic epitaxialLa capa se cultiva en un sustrato SIC conductor para la construcción de SBD, MOSFET y otros dispositivos en aplicaciones de energía; Se construye una capa epitaxial GaN en un sustrato SIC semi-aislante para fabricar más dispositivos como HEMT en aplicaciones de radiofrecuencia como las comunicaciones. Los parámetros como el grosor de los materiales epitaxiales SiC y la concentración de portador de fondo determinan directamente las diversas propiedades eléctricas de los dispositivos SIC. En este proceso, no podemos prescindir del equipo de deposición de vapor químico (CVD).

Figura 2. Modos de crecimiento de la película epitaxial

2. Importancia del susceptor de grafito recubierto de SIC en equipos CVD

En los equipos de CVD, no podemos colocar el sustrato directamente sobre el metal o simplemente en una base para la deposición epitaxial, porque involucra muchos factores como la dirección del flujo de gas (horizontal, vertical), temperatura, presión, fijación y contaminantes. Por lo tanto, necesitamos usar un susceptor (transportista de obleas) colocar el sustrato en una bandeja y usar la tecnología CVD para realizar una deposición epitaxial en ella. Este susceptor es el susceptor de grafito recubierto de SIC (también llamado bandeja).

2.1 Aplicación de susceptor de grafito recubierto de SIC en equipos MOCVD

El susceptor de grafito recubierto de SIC juega un papel clave enEquipo de deposición de vapor químico orgánico metálico (MOCVD)para soportar y calentar sustratos de cristal único. La estabilidad térmica y la uniformidad térmica de este susceptor son cruciales para la calidad de los materiales epitaxiales, por lo que se considera un componente central indispensable en el equipo MOCVD. La tecnología de deposición de vapor químico orgánico metálico (MOCVD) se usa ampliamente en el crecimiento epitaxial de películas delgadas GaN en LED azules porque tiene las ventajas de operación simple, tasa de crecimiento controlable y alta pureza.

Como uno de los componentes centrales en el equipo MOCVD, el susceptor de grafito de semiconductores Vetek es responsable de soportar y calentar sustratos de cristal único, lo que afecta directamente la uniformidad y la pureza de los materiales de película delgada, y por lo tanto está relacionado con la calidad de preparación de las obleas epitaxiales. A medida que aumenta el número de usos y el entorno de trabajo cambia, el susceptor de grafito es propenso a usar y, por lo tanto, se clasifica como un consumible.

2.2. Características del susceptor de grafito recubierto de SIC

Para satisfacer las necesidades del equipo MOCVD, el recubrimiento requerido para el susceptor de grafito debe tener características específicas para satisfacer los siguientes estándares:

✔ Buena cobertura: El recubrimiento SIC debe cubrir completamente el susceptor y tener un alto grado de densidad para evitar daños en un entorno de gas corrosivo.

✔ Alta fuerza de unión: El recubrimiento debe estar firmemente unido al susceptor y no es fácil caer después de múltiples ciclos de alta temperatura y baja temperatura.

✔ Buena estabilidad química: El recubrimiento debe tener una buena estabilidad química para evitar la falla en la alta temperatura y las atmósferas corrosivas.

2.3 dificultades y desafíos en los materiales de grafito y carburo de silicio

El carburo de silicio (SIC) funciona bien en las atmósferas epitaxiales de GaN debido a sus ventajas, como resistencia a la corrosión, alta conductividad térmica, resistencia al choque térmico y buena estabilidad química. Su coeficiente de expansión térmica es similar al del grafito, lo que lo convierte en el material preferido para los recubrimientos de susceptores de grafito.

Sin embargo, después de todo,grafitoycarburo de silicioson dos materiales diferentes, y todavía habrá situaciones en las que el recubrimiento tiene una vida útil corta, es fácil de caer y aumenta los costos debido a diferentes coeficientes de expansión térmica. 

3. Tecnología de recubrimiento SIC

3.1. Tipos comunes de sic

En la actualidad, los tipos comunes de SIC incluyen 3C, 4H y 6H, y diferentes tipos de SIC son adecuados para diferentes propósitos. Por ejemplo, 4H-SIC es adecuado para la fabricación de dispositivos de alta potencia, 6H-SIC es relativamente estable y puede usarse para dispositivos optoelectrónicos, y 3C-SIC se puede usar para preparar capas epitaxiales de GaN y fabricar dispositivos SIC-Gan RF debido a su estructura similar a GAN. 3C-SIC también se conoce comúnmente como β-SIC, que se usa principalmente para películas delgadas y materiales de recubrimiento. Por lo tanto, β-Sic es actualmente uno de los principales materiales para recubrimientos.

3.2.Revestimiento de carburo de siliciométodo de preparación

Existen muchas opciones para la preparación de recubrimientos de carburo de silicio, incluido el método de gel-sol, el método de pulverización, el método de pulverización del haz de iones, el método de reacción de vapor químico (CVR) y el método de deposición de vapor químico (CVD). Entre ellos, el método de deposición de vapor químico (CVD) es actualmente la principal tecnología para preparar recubrimientos SIC. Este método deposita los recubrimientos SIC en la superficie del sustrato a través de la reacción de fase gaseosa, que tiene las ventajas de unión cercana entre el recubrimiento y el sustrato, mejorando la resistencia a la oxidación y la resistencia a la ablación del material del sustrato.

El método de sinterización de alta temperatura, al colocar el sustrato de grafito en el polvo de incrustación y sinterizarlo a alta temperatura bajo una atmósfera inerte, finalmente forma un recubrimiento SiC en la superficie del sustrato, que se llama método de incrustación. Aunque este método es simple y el recubrimiento está bien unido al sustrato, la uniformidad del recubrimiento en la dirección del grosor es pobre, y los agujeros son propensos a aparecer, lo que reduce la resistencia a la oxidación.

✔ El método de pulverizaciónimplica rociar materias primas líquidas en la superficie del sustrato de grafito y luego solidificar las materias primas a una temperatura específica para formar un recubrimiento. Aunque este método es de bajo costo, el recubrimiento está débilmente unido al sustrato, y el recubrimiento tiene mala uniformidad, espesor delgado y resistencia de oxidación deficiente, y generalmente requiere un tratamiento adicional.

✔ Tecnología de pulverización de haz de ionesUtiliza una pistola de haz de iones para rociar material fundido o parcialmente fundido en la superficie de un sustrato de grafito, que luego se solidifica y se une para formar un recubrimiento. Aunque la operación es simple y puede producir un recubrimiento de carburo de silicio relativamente denso, el recubrimiento es fácil de romper y tiene una resistencia de oxidación deficiente. Por lo general, se usa para preparar recubrimientos compuestos SIC de alta calidad.

✔ Método sol-gel, este método consiste en preparar una solución Sol uniforme y transparente, aplicarla a la superficie del sustrato y luego secar y sinterizar para formar un recubrimiento. Aunque la operación es simple y el costo es bajo, el recubrimiento preparado tiene baja resistencia al choque térmico y es propenso a agrietarse, por lo que su rango de aplicación es limitado.

✔ Tecnología de reacción de vapor químico (CVR): CVR utiliza polvo SI y SiO2 para generar vapor SIO, y forma un recubrimiento SIC por reacción química en la superficie del sustrato de material de carbono. Aunque se puede preparar un recubrimiento bien unido, se requiere una temperatura de reacción más alta y el costo es alto.

✔ Deposición de vapor químico (CVD): CVD es actualmente la tecnología más utilizada para preparar recubrimientos SIC, y los recubrimientos SIC se forman mediante reacciones de fase gaseosa en la superficie del sustrato. El recubrimiento preparado por este método está estrechamente unido al sustrato, lo que mejora la resistencia a la oxidación del sustrato y la resistencia a la ablación, pero requiere un largo tiempo de deposición, y el gas de reacción puede ser tóxico.

Figura 3. Diagrama de depósito de vapor químico

4. Competencia de mercado yEs semiconductorInnovación tecnológica

En el mercado de sustrato de grafito recubierto de SIC, los fabricantes extranjeros comenzaron antes, con obvias ventajas principales y una mayor participación de mercado. A nivel internacional, XyCard en los Países Bajos, SGL en Alemania, Toyo Tanso en Japón y MEMC en los Estados Unidos son proveedores principales, y básicamente monopolizan el mercado internacional. Sin embargo, China ahora ha roto la tecnología central de los recubrimientos SIC de crecimiento uniforme en la superficie de los sustratos de grafito, y su calidad ha sido verificada por clientes nacionales y extranjeros. Al mismo tiempo, también tiene ciertas ventajas competitivas en el precio, que pueden cumplir con los requisitos de los equipos MOCVD para el uso de sustratos de grafito recubiertos de SIC. 

Es semiconductor se ha dedicado a la investigación y el desarrollo en el campo deRecubrimientos sicpor más de 20 años. Por lo tanto, hemos lanzado la misma tecnología de capa de búfer que SGL. A través de una tecnología de procesamiento especial, se puede agregar una capa de búfer entre grafito y carburo de silicio para aumentar la vida útil en más de dos veces.