Kodėl SiC padengti grafito susceptoriai yra būtini puslaidininkinei epitaksijai

Puslaidininkiniams įrenginiams ir toliau tobulėjant link didesnės galios, didesnio dažnio ir didesnės integracijos, epitaksinio augimo įrangai keliami reikalavimai tampa vis griežtesni. Nesvarbu, ar gamina SiC maitinimo įrenginius, GaN RF komponentus, LED lustus ar silicio epitaksines plokšteles, gamintojai pasikliauja vienu svarbiu komponentu reaktoriaus viduje – SiC dengtu grafito susceptoriumi.

Nors retai matomas už reakcijos kameros, šis komponentas tiesiogiai veikia plokštelės temperatūros vienodumą, dalelių susidarymą, dangos tarnavimo laiką ir galiausiai įrenginio išeigą.

Kas yra SiC dengtas grafito susceptorius?

SiC padengtas grafito susceptorius yra tiksliai sukonstruotas grafito komponentas, apsaugotas tankia cheminio nusodinimo garais (CVD) silicio karbido danga.

Epitaksinio reaktoriaus viduje susceptorius atlieka keletą svarbių funkcijų:

• Palaiko puslaidininkines plokšteles viso augimo proceso metu
• Tolygiai perduoda šilumą iš šildytuvo į plokštelę
• Sukasi kartu su plokštele, kad pagerintų plėvelės vienodumą
• Išlaiko matmenų stabilumą pakartotiniu terminiu ciklu
• Apsaugo grafito pagrindą nuo korozinių proceso dujų

Priklausomai nuo proceso, susceptoriai gali būti suprojektuoti kaip blynų susceptoriai, statinės susceptoriai, padėklai, plokštelių laikikliai arba pritaikyti reaktoriaus komponentai.

Kodėl gi nenaudoti pliko grafito?

Grafitas ilgą laiką buvo pripažintas viena geriausių aukštos temperatūros inžinerinių medžiagų, nes:

· Puikus šilumos laidumas

· Mažas šiluminio plėtimosi koeficientas

· Aukštos temperatūros stabilumas

· Lengvas apdirbimas

· Mažas tankis

Tačiau plikas grafitas netinka tiesioginiam puslaidininkių apdorojimui.

Epitaksijos metu proceso dujos, tokios kaip H₂, HCl, NH3, silanas, chlorsilanai ir metalo-organiniai pirmtakai, nuolat atakuoja atvirus grafito paviršius. Laikui bėgant grafitas pradeda oksiduotis, rūdyti ir išskiria anglies daleles.

Šios dalelės gali:

· užteršti plokšteles,

· padidinti defektų tankį,

· sumažinti epitaksinį vienodumą,

· sutrumpinti reaktorių techninės priežiūros intervalus.

Todėl beveik visuose šiuolaikiniuose puslaidininkiniuose reaktoriuose vietoj atviro grafito naudojamos apsauginės keraminės dangos.

Kodėl silicio karbidas yra pageidaujama danga?

Tarp galimų dengimo medžiagų, įskaitant BN, ZrB₂, TaC ir įvairias oksidines dangas, CVD silicio karbidas tapo pramonės standartu, nes jis pasižymi puikiu šiluminių, cheminių ir mechaninių savybių balansu.

Pagrindiniai pranašumai apima:

• Išskirtinis cheminis atsparumas: tankus SiC neleidžia ėsdinančioms dujoms patekti į grafito pagrindą ir žymiai pailgina komponentų tarnavimo laiką.
• Puikus šilumos laidumas: Didelis šilumos laidumas užtikrina greitą šilumos perdavimą, išlaikant puikų temperatūros vienodumą visoje plokštelėje.
• Žemas šiluminio plėtimosi neatitikimas: SiC šiluminio plėtimosi koeficientas labai panašus į grafitą, sumažindamas vidinį įtempį kartojamų šildymo ir aušinimo ciklų metu.
• Didelis kietumas: Danga atspari trinčiai plokštelių pakrovimo ir reaktoriaus veikimo metu.
• Didelis grynumas: Aukštos kokybės CVD SiC dangos sumažina metalo užterštumą ir dalelių susidarymą – tai labai svarbu pažangiai puslaidininkių gamybai.

Kodėl cheminis nusodinimas garais (CVD)?

Yra įvairių dengimo technologijų, įskaitant:

· Plazminis purškimas

· Sol-gel danga

· Elektroforezinis nusodinimas

· Paketo cementavimas

· Dengimas teptuku

Tačiau puslaidininkių gamyba didžiąja dalimi teikia pirmenybę cheminiam nusodinimui iš garų (CVD), nes gamina dangas su:

· itin aukšto grynumo,

· puikus tankis,

· vienodo storio,

· puikus sukibimas,

· mažas poringumas,

· Puikus suderinamumas su sudėtingomis geometrijomis.

Skirtingai nuo purškiamų dangų, kuriose dažnai yra porų ir silpnų sąsajų, CVD SiC sudaro tankų kristalinį sluoksnį, chemiškai surištą su grafito pagrindu, todėl atšiauriomis proceso sąlygomis žymiai ilgesnis tarnavimo laikas.

Tipinės programos

SiC dengti grafito komponentai plačiai naudojami:

SiC epitaksija: palaiko laidžias ir pusiau izoliuojančias SiC plokšteles homoepitaksinio augimo metu MOSFET, SBD ir kitiems maitinimo įrenginiams.

Silicio epitaksija: suteikia stabilias šilumines platformas silicio plokštelių epitaksijai, naudojamai CMOS ir galios puslaidininkių gamyboje.

GaN epitaksija: palaiko GaN-on-Si ir GaN-on-SiC augimą RF įrenginiams, HEMT, MicroLED ir galios elektronikai.

LED gamyba: Naudojamas MOCVD reaktoriuose mėlynai, žaliai, UV ir MicroLED epitaksiniam augimui.

Išvada

Kadangi puslaidininkių procesai ir toliau juda prie didesnių plokštelių, griežtesnių proceso langų ir mažesnio defektų tankio, didelio našumo reaktorių komponentų svarba ir toliau auga.

CVD SiC padengti grafito susceptoriai tapo nepakeičiami, nes juose sujungiamos aukščiausios grafito šiluminės savybės su išskirtiniu silicio karbido cheminiu atsparumu, grynumu ir ilgaamžiškumu.

Nesvarbu, ar tai būtų SiC maitinimo įrenginiai, GaN RF elektronika, LED gamyba ar silicio epitaksija, investicijos į aukštos kokybės SiC dengtus grafito komponentus tiesiogiai prisideda prie didesnio derlingumo, ilgesnio įrangos veikimo laiko ir mažesnių gamybos sąnaudų.