SiC ir TaC danga: didžiausias grafito susceptorių skydas aukštos temperatūros galios pusiau apdirbimo metu

Plataus dažnių juostos (WBG) puslaidininkių pasaulyje, jei pažangus gamybos procesas yra „siela“, grafito susceptorius yra „stuburas“, o jo paviršiaus danga yra kritinė „oda“. Ši danga, paprastai tik dešimčių mikronų storio, diktuoja brangių grafito eksploatacinių medžiagų tarnavimo laiką atšiaurioje termocheminėje aplinkoje. Dar svarbiau, kad tai tiesiogiai veikia epitaksinio augimo grynumą ir derlių.

Šiuo metu pramonėje dominuoja du pagrindiniai CVD (cheminio garų nusodinimo) dangų sprendimai:Silicio karbido (SiC) dangairTantalo karbido (TaC) danga. Nors abu atlieka esminius vaidmenis, jų fizinės ribos sukuria aiškų skirtumą, kai susiduriama su vis griežtesniais naujos kartos gamybos reikalavimais.

1. CVD SiC danga: brandžių mazgų pramonės standartas

As the global benchmark for semiconductor processing, CVD SiC coating is the "go-to" solution for GaN MOCVD susceptors and standard SiC epitaxial (Epi) equipment. Pagrindiniai jo pranašumai yra šie:

Puikus hermetiškas sandarinimas: didelio tankio SiC danga efektyviai užsandarina grafito paviršiaus mikroporas, sukurdama tvirtą fizinį barjerą, neleidžiantį anglies dulkėms ir substrato priemaišoms išsiskirti esant aukštai temperatūrai.

Šiluminio lauko stabilumas: su šiluminio plėtimosi koeficientu (CTE), glaudžiai suderintu su grafito pagrindu, SiC dangos išlieka stabilios ir be įtrūkimų standartiniame epitaksiniame temperatūros lange nuo 1000 °C iki 1600 °C.

Ekonominis efektyvumas: daugumos pagrindinių elektros įrenginių gamybos atveju SiC danga išlieka „maloni vieta“, kur efektyvumas ir ekonomiškumas.

Pramonei pereinant prie 8 colių SiC plokštelių, PVT (fizinio garų transportavimo) kristalų augimui reikia dar ekstremalesnės aplinkos. Kai temperatūra peržengia kritinę 2000 °C ribą, tradicinės dangos atsitrenkia į našumo sieną. Čia CVD TaC danga keičia žaidimą:

Neprilygstamas termodinaminis stabilumas: Tantalo karbidas (TaC) pasižymi stulbinančia 3880°C lydymosi temperatūra. Remiantis „Journal of Crystal Growth“ atliktais tyrimais, SiC dangos „nenuosekliai išgaruoja“ aukštesnėje nei 2200 °C temperatūroje, kur silicis sublimuojasi greičiau nei anglis, o tai lemia struktūrų degradaciją ir užteršimą dalelėmis. Priešingai, TaC garų slėgis yra nuo 3 iki 4eilėmis mažesnis nei SiC, išlaikant nesugadintą terminį lauką kristalų augimui.

Puikus cheminis inertiškumas: redukuojant atmosferą, kurioje yra H2 (vandenilis) ir NH3 (amoniakas), TaC pasižymi išskirtiniu cheminiu atsparumu. Medžiagų mokslo eksperimentai rodo, kad TaC masės praradimo greitis aukštos temperatūros vandenilyje yra žymiai mažesnis nei SiC, kuris yra gyvybiškai svarbus siekiant sumažinti sriegių išnirimus ir pagerinti sąsajos kokybę epitaksiniuose sluoksniuose.

3. Raktų palyginimas: kaip pasirinkti pagal proceso langą

Renkantis vieną iš šių dviejų, svarbu ne paprastas pakeitimas, o tikslus suderinimas su „Proceso langu“.

Derlingumo optimizavimas yra ne vienas šuolis, o tikslaus medžiagų derinimo rezultatas. Jei susiduriate su „anglies inkliuzais“ auginant SiC kristalus arba norite sumažinti savo eksploatacinių medžiagų sąnaudas (CoC), prailgindami dalių tarnavimo laiką korozinėje aplinkoje, SiC perkėlimas į TaC dažnai yra raktas į aklavietę.

Būdama pažangių puslaidininkinių dangų medžiagų kūrėja, „VeTek Semiconductor“ įvaldė ir CVD SiC, ir TaC technologinius kelius. Mūsų patirtis rodo, kad nėra „geriausios“ medžiagos – tik stabiliausias sprendimas konkrečiam temperatūros ir slėgio režimui. Tiksliai valdydami nusodinimo vienodumą, įgaliname savo klientus peržengti plokštelių išeigos ribas 8 colių išplėtimo eroje.

Autorius:Sera Lee

Nuorodos:

[1] „SiC ir TaC garų slėgis ir išgarinimas aukštos temperatūros aplinkoje“, žurnalas „Crystal Growth“.

[2] Ugniai atsparių metalų karbidų cheminis stabilumas redukuojant atmosferą, medžiagų chemija ir fizika.

[3] „Defektų kontrolė didelio dydžio SiC vieno kristalo augimui naudojant TaC dengtus komponentus“, Medžiagų mokslo forumas.