Care sunt aplicațiile acoperirilor SiC și TaC în domeniul semiconductorilor?

Cum este definit pe larg sectorul semiconductorilor și care sunt principalele sale componente?

Sectorul semiconductorilor se referă, în general, la utilizarea proprietăților materialelor semiconductoare pentru a produce circuite integrate semiconductoare (CI), afișaje cu semiconductori (panouri LCD/OLED), iluminare cu semiconductori (LED) și produse energetice semiconductoare (fotovoltaice) prin procesele de fabricație a semiconductoarelor aferente. Circuitele integrate reprezintă până la 80% din acest sector, așa că, în mod restrâns, industria semiconductoarelor se referă adesea în mod specific la industria IC.

În esență, fabricarea semiconductorilor implică crearea unor structuri de circuit pe un „substrat” și conectarea acestui circuit la sisteme externe de alimentare și control pentru a realiza diverse funcționalități. Substraturile, un termen folosit în industrie, pot fi realizate din materiale semiconductoare precum Si sau SiC, sau materiale nesemiconductoare precum safirul sau sticla. Cu excepția industriilor LED și panourilor, plachetele de siliciu sunt substraturile cel mai frecvent utilizate. Epitaxia se referă la procesul de creștere a unui nou material cu peliculă subțire pe substrat, materialele comune fiind Si, SiC, GaN, GaAs, etc. Epitaxia oferă o flexibilitate semnificativă pentru proiectanții de dispozitive pentru a optimiza performanța dispozitivului prin controlul factorilor precum grosimea de dopaj, concentrația și profilul stratului epitaxial, independent de substrat. Acest control se realizează prin dopaj în timpul procesului de creștere epitaxială.

Ce cuprinde procesul front-end în producția de semiconductori?

Procesul front-end este cea mai complexă din punct de vedere tehnic și cea mai intensivă parte a producției de semiconductori, necesitând repetarea acelorași proceduri de mai multe ori, de aceea numit „proces ciclic”. Include în principal curățare, oxidare, fotolitografie, gravare, implantare ionică, difuzie, recoacere, depunere de peliculă subțire și lustruire.

Cum protejează acoperirile echipamentele de producție de semiconductori?

Echipamentele de fabricare a semiconductoarelor funcționează în medii cu temperaturi ridicate, foarte corozive și necesită o curățenie extrem de ridicată. Astfel, protejarea componentelor interne ale echipamentului este o provocare crucială. Tehnologia de acoperire îmbunătățește și protejează materialele de bază prin formarea unui strat de acoperire subțire pe suprafețele acestora. Această adaptare permite materialelor de bază să reziste la medii de producție mai extreme și complexe, îmbunătățindu-le stabilitatea la temperaturi ridicate, rezistența la coroziune, rezistența la oxidare și prelungindu-le durata de viață.

De ce esteAcoperire SiCSemnificativ în domeniul producției de substrat de siliciu?

În cuptoarele de creștere a cristalelor de siliciu, vaporii de siliciu la temperatură înaltă, în jur de 1500°C, pot coroda în mod semnificativ componentele din grafit sau carbon-carbon. Aplicarea unui de înaltă puritateAcoperire SiCpe aceste componente poate bloca eficient vaporii de siliciu și poate prelungi durata de viață a componentelor.

Procesul de producție al plachetelor de siliciu semiconductoare este complex, implicând numeroase etape, etapele principale fiind creșterea cristalelor, formarea plachetelor de siliciu și creșterea epitaxială. Creșterea cristalelor este procesul de bază în producția de plachete de siliciu. În timpul fazei de pregătire a monocristalului, sunt determinați parametrii tehnici cruciali, cum ar fi diametrul plachetei, orientarea cristalului, tipul de conductivitate de dopare, intervalul de rezistivitate și distribuția, concentrația de carbon și oxigen și defectele rețelei. Siliciul monocristal este de obicei preparat folosind fie metoda Czochralski (CZ), fie metoda zonei flotante (FZ). Metoda CZ este cea mai des folosită, reprezentând aproximativ 85% din monocristalele de siliciu. Plachetele de siliciu de 12 inchi pot fi produse numai folosind metoda CZ. Această metodă implică plasarea materialului de polisiliciu de înaltă puritate într-un creuzet de cuarț, topirea acestuia sub protecția gazului inert de înaltă puritate și apoi introducerea unei semințe de siliciu monocristal în topitură. Pe măsură ce sămânța este trasă în sus, cristalul crește într-o tijă de siliciu monocristalin.

Cum esteAcoperire TaCEvoluați cu metodele PVT?

Caracteristicile inerente ale SiC (lipsa unei faze lichide Si:C=1:1 la presiunea atmosferică) fac dificilă creșterea monocristalului. În prezent, metodele principale includ transportul fizic de vapori (PVT), depunerea chimică în vapori la temperatură înaltă (HT-CVD) și epitaxia în fază lichidă (LPE). Dintre acestea, PVT este cel mai larg adoptat datorită cerințelor sale mai mici de echipamente, procesului mai simplu, controlabilității puternice și aplicațiilor industriale consacrate.

Metoda PVT permite controlul câmpurilor de temperatură axiale și radiale prin ajustarea condițiilor de izolare termică în afara creuzetului de grafit. Pulberea de SiC este plasată în partea de jos mai fierbinte a creuzetului de grafit, în timp ce cristalul de semințe de SiC este fixat în partea superioară mai rece. Distanța dintre pulbere și sămânță este de obicei controlată la câteva zeci de milimetri pentru a evita contactul dintre cristalul de SiC în creștere și pulbere. Folosind diferite metode de încălzire (încălzire prin inducție sau rezistență), pulberea de SiC este încălzită la 2200-2500°C, determinând sublimarea și descompunerea pulberii originale în componente gazoase precum Si, Si2C și SiC2. Aceste gaze sunt transportate la capătul cristalului sămânță prin convecție, unde SiC cristalizează, realizând creșterea monocristalului. Rata de creștere tipică este de 0,2-0,4 mm/h, necesitând 7-14 zile pentru a crește un lingot de cristal de 20-30 mm.

Prezența incluziunilor de carbon în cristalele de SiC cultivate cu PVT este o sursă semnificativă de defecte, contribuind la microtuburi și defecte polimorfe, care degradează calitatea cristalelor de SiC și limitează performanța dispozitivelor pe bază de SiC. În general, grafitizarea pulberii de SiC și un front de creștere bogat în carbon sunt surse recunoscute de incluziuni de carbon: 1) În timpul descompunerii pulberii de SiC, vaporii de Si se acumulează în faza gazoasă, în timp ce C se concentrează în faza solidă, ducând la carbonizarea severă a pulberii. tardiv in crestere. Odată ce particulele de carbon din pulbere depășesc gravitația și difuzează în lingoul de SiC, se formează incluziuni de carbon. 2) În condiții bogate în Si, excesul de vapori de Si reacționează cu peretele creuzetului de grafit, formând un strat subțire de SiC care se poate descompune cu ușurință în particule de carbon și componente care conțin Si.

Două abordări pot aborda aceste probleme: 1) Filtrați particulele de carbon din pulberea de SiC puternic carbonizată în curs de creștere. 2) Preveniți vaporii de Si să corodeze peretele creuzetului de grafit. Multe carburi, cum ar fi TaC, pot funcționa stabil peste 2000°C și pot rezista coroziunii chimice de către acizi, alcalii, NH3, H2 și vapori de Si. Odată cu cerințele crescânde de calitate pentru plachetele de SiC, aplicarea acoperirilor TaC în tehnologia de creștere a cristalelor de SiC este explorată industrial. Studiile arată că cristalele de SiC preparate folosind componente de grafit acoperite cu TaC în cuptoarele de creștere PVT sunt mai pure, cu densități de defect semnificativ reduse, îmbunătățind substanțial calitatea cristalului.

a) PorosTaC sau grafit poros acoperit cu TaC: Filtrează particulele de carbon, previne difuzia în cristal și asigură un flux uniform de aer.

b)acoperit cu TaCinele: Izolați vaporii de Si din peretele creuzetului de grafit, prevenind coroziunea peretelui creuzetului de către vaporii de Si.

c)acoperit cu TaCGhidajele de curgere: Izolați vaporii de Si din peretele creuzetului de grafit în timp ce direcționați fluxul de aer către cristalul sămânță.

d)acoperit cu TaCSuporturi pentru cristale de semințe: Izolați vaporii de Si din capacul superior al creuzetului pentru a preveni coroziunea capacului superior de către vaporii de Si.

Cum faceAcoperire CVD SiCBeneficii în fabricarea substratului GaN?

În prezent, producția comercială de substraturi GaN începe cu crearea unui strat tampon (sau strat de mască) pe un substrat de safir. Epitaxia în fază de vapori de hidrogen (HVPE) este apoi utilizată pentru a crește rapid un film de GaN pe acest strat tampon, urmat de separare și lustruire pentru a obține un substrat de GaN de sine stătător. Cum funcționează HVPE în reactoarele de cuarț la presiune atmosferică, având în vedere cerințele sale pentru reacții chimice atât de joasă, cât și de înaltă temperatură?

În zona de temperatură scăzută (800-900°C), HCl gazos reacţionează cu Ga metalic pentru a produce GaCl gazos.

În zona de temperatură înaltă (1000-1100°C), GaCl gazos reacţionează cu NH3 gazos pentru a forma un film monocristal de GaN.

Care sunt componentele structurale ale echipamentelor HVPE și cum sunt protejate împotriva coroziunii? Echipamentele HVPE pot fi orizontale sau verticale, constând din componente precum barca cu galiu, corpul cuptorului, reactorul, sistemul de configurare a gazului și sistemul de evacuare. Tăvile și tijele din grafit, care vin în contact cu NH3, sunt susceptibile la coroziune și pot fi protejate cu unAcoperire SiCpentru a preveni deteriorarea.

Care este importanța tehnologiei CVD față de producția de epitaxii GaN?

În domeniul dispozitivelor semiconductoare, de ce este necesară construirea de straturi epitaxiale pe anumite substraturi plachete? Un exemplu tipic include LED-urile albastru-verde, care necesită straturi epitaxiale GaN pe substraturi de safir. Echipamentele MOCVD sunt vitale în procesul de producție de epitaxie GaN, furnizorii principali fiind AMEC, Aixtron și Veeco din China.

De ce substraturile nu pot fi plasate direct pe metal sau baze simple în timpul depunerii epitaxiale în sistemele MOCVD? Trebuie luați în considerare factori precum direcția fluxului de gaz (orizontal, vertical), temperatura, presiunea, fixarea substratului și contaminarea cu resturi. Prin urmare, se folosește un susceptor cu buzunare pentru a ține substraturile, iar depunerea epitaxială se realizează folosind tehnologia CVD pe substraturi plasate în aceste buzunare. Thesusceptorul este o bază de grafit cu un strat de SiC.

Care este reacția chimică de bază în epitaxia GaN și de ce este esențială calitatea acoperirii SiC? Reacția miezului este NH3 + TMGa → GaN + produse secundare (la aproximativ 1050-1100°C). Cu toate acestea, NH3 se descompune termic la temperaturi ridicate, eliberând hidrogen atomic, care reacționează puternic cu carbonul din grafit. Deoarece NH3/H2 nu reacționează cu SiC la 1100°C, încapsularea completă și calitatea acoperirii cu SiC sunt critice pentru proces.

În domeniul producției de epitaxii SiC, cum sunt aplicate acoperirile în tipurile principale de camere de reacție?

SiC este un material politipic tipic cu peste 200 de structuri cristaline diferite, dintre care 3C-SiC, 4H-SiC și 6H-SiC sunt cele mai comune. 4H-SiC este structura cristalină utilizată predominant în dispozitivele principale. Un factor semnificativ care influențează structura cristalină este temperatura de reacție. Temperaturile sub un anumit prag tind să producă alte forme de cristal. Temperatura optimă de reacție este între 1550 și 1650°C; temperaturile sub 1550°C sunt mai susceptibile de a produce 3C-SiC și alte structuri. Cu toate acestea, 3C-SiC este utilizat în mod obișnuit înAcoperiri SiC, iar o temperatură de reacție de aproximativ 1600°C este aproape de limita 3C-SiC. Deși aplicarea actuală a acoperirilor TaC este limitată de probleme de cost, pe termen lung,Acoperiri TaCsunt de așteptat să înlocuiască treptat acoperirile de SiC în echipamentele epitaxiale de SiC.

În prezent, există trei tipuri principale de sisteme CVD pentru epitaxia SiC: perete fierbinte planetar, perete fierbinte orizontal și perete fierbinte vertical. Sistemul planetar CVD cu perete fierbinte se caracterizează prin capacitatea sa de a crește mai multe napolitane într-un singur lot, rezultând o eficiență ridicată a producției. Sistemul CVD orizontal cu perete fierbinte implică, de obicei, un sistem de creștere cu o singură placă, de dimensiuni mari, condus de rotația flotorului de gaz, ceea ce facilitează specificații excelente intra-plachetă. Sistemul CVD vertical cu perete fierbinte prezintă în principal rotație de mare viteză asistată de o bază mecanică externă. Reduce în mod eficient grosimea stratului limită prin menținerea unei presiuni mai mici în camera de reacție, sporind astfel rata de creștere epitaxială. În plus, designul camerei sale nu are un perete superior care ar putea duce la depunerea particulelor de SiC, minimizând riscul căderii particulelor și oferind un avantaj inerent în controlul defectelor.

Pentru procesarea termică la temperatură înaltă, care sunt aplicațiileCVD SiCîn Echipament pentru cuptor cu tub?

Echipamentul cuptorului cu tuburi este utilizat pe scară largă în procese precum oxidarea, difuzia, creșterea stratului subțire, recoacere și aliere în industria semiconductoarelor. Există două tipuri principale: orizontală și verticală. În prezent, industria IC utilizează în principal cuptoare cu tuburi verticale. În funcție de presiunea procesului și de aplicație, echipamentele cuptoarelor cu tuburi pot fi clasificate în cuptoare cu presiune atmosferică și cuptoare cu presiune joasă. Cuptoarele cu presiune atmosferică sunt utilizate în principal pentru dopajul cu difuzie termică, oxidarea filmelor subțiri și recoacerea la temperatură înaltă, în timp ce cuptoarele de joasă presiune sunt concepute pentru creșterea diferitelor tipuri de pelicule subțiri (cum ar fi LPCVD și ALD). Structurile diferitelor echipamente de cuptoare cu tuburi sunt similare și pot fi configurate în mod flexibil pentru a efectua funcții de difuzie, oxidare, recoacere, LPCVD și ALD după cum este necesar. Tuburile SiC sinterizate de înaltă puritate, barcile de napolitană SiC și pereții de căptușeală din SiC sunt componente esențiale în interiorul camerei de reacție a echipamentului cuptorului cu tuburi. În funcție de cerințele clientului, un suplimentarAcoperire SiCstratul poate fi aplicat pe suprafața ceramicii SiC sinterizate pentru a îmbunătăți performanța.

În domeniul producției de siliciu granular fotovoltaic, de ce esteAcoperire SiCJucând un rol esențial?

Polisiliciul, derivat din siliciu de calitate metalurgică (sau siliciu industrial), este un material nemetalic purificat printr-o serie de reacții fizice și chimice pentru a obține un conținut de siliciu care depășește 99,9999% (6N). În domeniul fotovoltaic, polisiliciul este procesat în plachete, celule și module, care sunt utilizate în cele din urmă în sistemele de generare a energiei fotovoltaice, făcând din polisiliciu o componentă crucială în amonte a lanțului industriei fotovoltaice. În prezent, există două căi tehnologice pentru producția de polisiliciu: procesul Siemens modificat (produce siliciu asemănător tijei) și procesul cu pat fluidizat cu silan (produce siliciu granular). În procesul Siemens modificat, SiHCl3 de înaltă puritate este redus de hidrogen de înaltă puritate pe un miez de siliciu de înaltă puritate la aproximativ 1150°C, rezultând depunerea de polisiliciu pe miezul de siliciu. Procesul cu pat fluidizat cu silan utilizează de obicei SiH4 ca gaz sursă de siliciu și H2 ca gaz purtător, cu adăugarea de SiCl4 pentru a descompune termic SiH4 într-un reactor cu pat fluidizat la 600-800°C pentru a produce polisiliciu granular. Procesul Siemens modificat rămâne calea principală de producție a polisiliciului datorită tehnologiei sale de producție relativ mature. Cu toate acestea, pe măsură ce companii precum GCL-Poly și Tianhong Reike continuă să avanseze tehnologia de siliciu granular, procesul cu pat fluidizat cu silan poate câștiga cotă de piață datorită costului mai mic și amprentei reduse de carbon.

Controlul purității produsului a fost istoric un punct slab al procesului cu pat fluidizat, care este un motiv principal pentru care nu a depășit procesul Siemens, în ciuda avantajelor sale semnificative de cost. Căptușeala servește ca structură principală și vas de reacție a procesului cu pat fluidizat cu silan, protejând carcasa metalică a reactorului de eroziune și uzură de către gazele și materialele la temperatură înaltă, izolând și menținând temperatura materialului. Datorită condițiilor dure de lucru și contactului direct cu siliciul granular, materialul de căptușeală trebuie să prezinte o puritate ridicată, rezistență la uzură, rezistență la coroziune și rezistență ridicată. Materialele comune includ grafitul cu aAcoperire SiC. Cu toate acestea, în utilizarea efectivă, există apariții de exfoliere/crăpare a stratului care duc la conținut excesiv de carbon în siliciu granular, rezultând o durată de viață scurtă pentru căptușelile din grafit și necesitatea înlocuirii regulate, clasificându-le drept consumabile. Provocările tehnice legate de materialele de căptușeală în pat fluidizat acoperite cu SiC și costurile lor ridicate împiedică adoptarea pe piață a procesului cu pat fluidizat cu silan și trebuie abordate pentru o aplicare mai largă.

În ce aplicații se utilizează stratul de grafit pirolitic?

Grafitul pirolitic este un nou material de carbon, constând din hidrocarburi de înaltă puritate depuse chimic în vapori la presiuni ale cuptorului între 1800°C și 2000°C, rezultând carbon pirolitic foarte orientat cristalografic. Are densitate mare (2,20 g/cm³), puritate ridicată și proprietăți termice, electrice, magnetice și mecanice anizotrope. Poate menține un vid de 10 mmHg chiar și la aproximativ 1800°C, găsind un potențial larg de aplicare în domenii precum aerospațial, semiconductori, fotovoltaice și instrumente analitice.

În epitaxie cu LED-uri roșu-galben și în anumite scenarii speciale, tavanul MOCVD nu necesită protecție cu acoperire SiC și, în schimb, utilizează o soluție de acoperire cu grafit pirolitic.

Creuzetele pentru aluminiu cu evaporare a fasciculului de electroni necesită densitate mare, rezistență la temperatură ridicată, rezistență bună la șocuri termice, conductivitate termică ridicată, coeficient scăzut de dilatare termică și rezistență la coroziune de către acizi, alcalii, săruri și reactivi organici. Deoarece stratul de grafit pirolitic împărtășește același material ca și creuzetul de grafit, poate rezista în mod eficient la ciclurile de temperatură înaltă și scăzută, prelungind durata de viață a creuzetului de grafit.**