Yarı İletken Alanında SiC ve TaC Kaplamaların Uygulamaları Nelerdir?

Yarıiletken Sektörü Genel Olarak Nasıl Tanımlanıyor ve Ana Bileşenleri Nelerdir?

Yarı iletken sektörü genel olarak yarı iletken malzemelerin özelliklerinin, ilgili yarı iletken üretim süreçleri yoluyla yarı iletken entegre devreler (IC'ler), yarı iletken ekranlar (LCD/OLED paneller), yarı iletken aydınlatma (LED) ve yarı iletken enerji ürünleri (fotovoltaikler) üretmek için kullanılmasını ifade eder. Entegre devreler bu sektörün %80'ini oluşturur, dolayısıyla dar anlamda yarı iletken endüstrisi genellikle özellikle entegre devre endüstrisini ifade eder.

Temel olarak yarı iletken üretimi, bir "alt tabaka" üzerinde devre yapıları oluşturmayı ve bu devreyi çeşitli işlevlere ulaşmak için harici güç ve kontrol sistemlerine bağlamayı içerir. Endüstride kullanılan bir terim olan substratlar, Si veya SiC gibi yarı iletken malzemelerden veya safir veya cam gibi yarı iletken olmayan malzemelerden yapılabilir. LED ve panel endüstrileri dışında silikon levhalar en yaygın kullanılan alt tabakalardır. Epitaksi, ortak malzemeler Si, SiC, GaN, GaAs vb. olmak üzere alt tabaka üzerinde yeni bir ince film malzemesinin büyütülmesi sürecini ifade eder. Epitaksi, cihaz tasarımcılarına doping kalınlığı gibi faktörleri kontrol ederek cihaz performansını optimize etme konusunda önemli bir esneklik sağlar. Substrattan bağımsız olarak epitaksiyel tabakanın konsantrasyonu ve profili. Bu kontrol, epitaksiyel büyüme süreci sırasında doping yoluyla sağlanır.

Yarı İletken Üretiminde Ön Uç Süreci Neleri Kapsar?

Ön uç süreci, yarı iletken üretiminin teknik açıdan en karmaşık ve sermaye yoğun kısmıdır; aynı prosedürlerin birçok kez tekrarlanmasını gerektirir, dolayısıyla "döngüsel süreç" olarak adlandırılır. Öncelikle temizleme, oksidasyon, fotolitografi, dağlama, iyon implantasyonu, difüzyon, tavlama, ince film biriktirme ve cilalamayı içerir.

Kaplamalar Yarı İletken Üretim Ekipmanlarını Nasıl Korur?

Yarı iletken üretim ekipmanları, yüksek sıcaklıkta, son derece aşındırıcı ortamlarda çalışır ve son derece yüksek temizlik gerektirir. Bu nedenle ekipmanın dahili bileşenlerinin korunması çok önemli bir zorluktur. Kaplama teknolojisi, temel malzemeleri yüzeylerinde ince bir kaplama tabakası oluşturarak iyileştirir ve korur. Bu adaptasyon, temel malzemelerin daha ekstrem ve karmaşık üretim ortamlarına dayanabilmesine, yüksek sıcaklık stabilitesini, korozyon direncini, oksidasyon direncini artırmasına ve ömrünü uzatmasına olanak tanır.

NedenSiC KaplamaSilikon Substrat Üretim Alanında Önemli mi?

Silikon kristal büyütme fırınlarında, 1500°C civarındaki yüksek sıcaklıktaki silikon buharı, grafit veya karbon-karbon malzeme bileşenlerini önemli ölçüde aşındırabilir. Yüksek saflıkta uygulamaSiC kaplamaBu bileşenlerdeki silikon buharı etkili bir şekilde engellenebilir ve bileşenlerin hizmet ömrü uzatılabilir.

Yarı iletken silikon levhaların üretim süreci, kristal büyümesi, silikon levha oluşumu ve epitaksiyel büyümenin birincil aşamalar olduğu çok sayıda adımı içeren karmaşıktır. Kristal büyümesi silikon levha üretiminde temel süreçtir. Tek kristal hazırlama aşamasında, levha çapı, kristal oryantasyonu, katkı iletkenlik tipi, direnç aralığı ve dağılımı, karbon ve oksijen konsantrasyonu ve kafes kusurları gibi önemli teknik parametreler belirlenir. Tek kristalli silikon tipik olarak Czochralski (CZ) yöntemi veya Float Zone (FZ) yöntemi kullanılarak hazırlanır. CZ yöntemi en yaygın kullanılan yöntemdir ve silikon tek kristallerinin yaklaşık %85'ini oluşturur. 12 inçlik silikon levhalar yalnızca CZ yöntemi kullanılarak üretilebilir. Bu yöntem, yüksek saflıkta polisilikon malzemenin bir kuvars potaya yerleştirilmesini, yüksek saflıkta inert gazın koruması altında eritilmesini ve ardından tek kristalli silikon tohumunun eriyiğe yerleştirilmesini içerir. Tohum yukarı çekildikçe kristal, tek kristalli bir silikon çubuğa dönüşür.

nasılTaC KaplamaPVT Yöntemleriyle Gelişmek mi?

SiC'nin doğal özellikleri (atmosfer basıncında Si:C=1:1 sıvı fazının olmaması) tek kristal büyümesini zorlaştırır. Şu anda ana akım yöntemler arasında Fiziksel Buhar Taşıma (PVT), Yüksek Sıcaklıkta Kimyasal Buhar Biriktirme (HT-CVD) ve Sıvı Faz Epitaksi (LPE) yer almaktadır. Bunlar arasında PVT, daha düşük ekipman gereksinimleri, daha basit prosesi, güçlü kontrol edilebilirliği ve yerleşik endüstriyel uygulamaları nedeniyle en yaygın şekilde benimsenenidir.

PVT yöntemi, grafit pota dışındaki ısı yalıtım koşullarını ayarlayarak eksenel ve radyal sıcaklık alanları üzerinde kontrol sağlar. SiC tozu grafit potanın daha sıcak olan tabanına yerleştirilirken, SiC tohum kristali daha soğuk olan tepeye sabitlenir. Büyüyen SiC kristali ile toz arasındaki teması önlemek için toz ile tohum arasındaki mesafe tipik olarak birkaç on milimetreye kadar kontrol edilir. Farklı ısıtma yöntemleri (indüksiyon veya dirençli ısıtma) kullanılarak SiC tozu 2200-2500°C'ye ısıtılır ve orijinal tozun süblimleşmesine ve Si, Si2C ve SiC2 gibi gazlı bileşenlere ayrışmasına neden olur. Bu gazlar, SiC'nin kristalleştiği ve tek kristal büyümesi elde edildiği konveksiyon yoluyla tohum kristal ucuna taşınır. Tipik büyüme hızı 0,2-0,4 mm/saattir ve 20-30 mm'lik bir kristal külçenin büyütülmesi için 7-14 gün gerekir.

PVT ile büyütülmüş SiC kristallerinde karbon kalıntılarının varlığı, SiC kristallerinin kalitesini düşüren ve SiC bazlı cihazların performansını sınırlayan mikrotüplere ve polimorfik kusurlara katkıda bulunan önemli bir kusur kaynağıdır. Genel olarak, SiC tozunun grafitleşmesi ve karbon açısından zengin bir büyüme cephesi, karbon kalıntılarının bilinen kaynaklarıdır: 1) SiC tozunun ayrışması sırasında, Si buharı gaz fazında birikir, C ise katı fazda yoğunlaşır ve tozun şiddetli karbonizasyonuna yol açar. büyümede geç. Tozdaki karbon parçacıkları yer çekimini yendiğinde ve SiC külçesine yayıldığında karbon kalıntıları oluşur. 2) Si açısından zengin koşullar altında, aşırı Si buharı grafit pota duvarı ile reaksiyona girerek, kolayca karbon parçacıklarına ve Si içeren bileşenlere ayrışabilen ince bir SiC tabakası oluşturur.

Bu sorunları iki yaklaşım ele alabilir: 1) Karbon parçacıklarını, büyümenin sonlarında ağır karbonlaşmış SiC tozundan filtreleyin. 2) Si buharının grafit pota duvarını aşındırmasını önleyin. TaC gibi pek çok karbür, 2000°C'nin üzerinde stabil bir şekilde çalışabilir ve asitler, alkaliler, NH3, H2 ve Si buharının neden olduğu kimyasal korozyona karşı direnç gösterebilir. SiC levhalara yönelik kalite taleplerinin artmasıyla birlikte, TaC kaplamaların SiC kristal büyütme teknolojisinde uygulanması endüstriyel olarak araştırılmaktadır. Araştırmalar, PVT büyütme fırınlarında TaC kaplı grafit bileşenleri kullanılarak hazırlanan SiC kristallerinin daha saf olduğunu, kusur yoğunluklarının önemli ölçüde azaldığını ve kristal kalitesini önemli ölçüde artırdığını gösteriyor.

a) GözenekliTaC veya TaC kaplı gözenekli grafit: Karbon partiküllerini filtreler, kristal içerisine difüzyonu engeller ve düzgün hava akışı sağlar.

B)TaC kaplıhalkalar: Si buharını grafit pota duvarından izole edin, Si buharının pota duvarını korozyona uğratmasını önleyin.

C)TaC kaplıakış kılavuzları: Hava akışını tohum kristaline doğru yönlendirirken Si buharını grafit pota duvarından izole edin.

D)TaC kaplıtohum kristal tutucular: Üst kapağın Si buharından korozyonunu önlemek için Si buharını potanın üst kapağından izole edin.

NasılCVD SiC KaplamaGaN Substrat Üretiminin Faydası Var mı?

Şu anda, GaN substratlarının ticari üretimi, safir substrat üzerinde bir tampon katmanın (veya maske katmanının) oluşturulmasıyla başlamaktadır. Hidrojen Buhar Fazlı Epitaksi (HVPE) daha sonra bu tampon katman üzerinde bir GaN filmini hızlı bir şekilde büyütmek için kullanılır, ardından bağımsız bir GaN substratı elde etmek için ayırma ve cilalama yapılır. Hem düşük hem de yüksek sıcaklıktaki kimyasal reaksiyonlara olan gereksinimi göz önüne alındığında, HVPE atmosferik basınçlı kuvars reaktörlerinde nasıl çalışır?

Düşük sıcaklık bölgesinde (800-900°C), gaz halindeki HCl, metalik Ga ile reaksiyona girerek gaz halinde GaCl üretir.

Yüksek sıcaklık bölgesinde (1000-1100°C), gaz halindeki GaCl, bir GaN tek kristal filmi oluşturmak üzere gaz halindeki NH3 ile reaksiyona girer.

HVPE ekipmanının yapısal bileşenleri nelerdir ve korozyondan nasıl korunurlar? HVPE ekipmanı, galyum teknesi, fırın gövdesi, reaktör, gaz konfigürasyon sistemi ve egzoz sistemi gibi bileşenlerden oluşan yatay veya dikey olabilir. NH3 ile temas eden grafit tepsiler ve çubuklar korozyona karşı hassastır ve özel bir koruyucu madde ile korunabilir.SiC kaplamahasarı önlemek için.

CVD Teknolojisinin GaN Epitaksi Üretimine Göre Önemi Nedir?

Yarı iletken cihazlar alanında, belirli levha alt katmanları üzerinde epitaksiyel katmanlar oluşturmak neden gereklidir? Tipik bir örnek, safir substratlar üzerinde GaN epitaksiyel katmanlar gerektiren mavi-yeşil LED'leri içerir. MOCVD ekipmanı, GaN epitaksi üretim sürecinde hayati öneme sahiptir; önde gelen tedarikçiler Çin'deki AMEC, Aixtron ve Veeco'dur.

MOCVD sistemlerinde epitaksiyel biriktirme sırasında alt tabakalar neden doğrudan metal veya basit tabanlar üzerine yerleştirilemiyor? Gaz akış yönü (yatay, dikey), sıcaklık, basınç, alt tabakanın sabitlenmesi ve döküntülerden kaynaklanan kirlenme gibi faktörler dikkate alınmalıdır. Bu nedenle substratları tutmak için cepli bir suseptör kullanılır ve bu ceplere yerleştirilen substratlar üzerinde CVD teknolojisi kullanılarak epitaksiyel biriktirme gerçekleştirilir.tutucu, SiC kaplamalı bir grafit bazlıdır.

GaN epitaksisindeki temel kimyasal reaksiyon nedir ve SiC kaplamanın kalitesi neden bu kadar önemlidir? Çekirdek reaksiyonu NH3 + TMGa → GaN + yan ürünleridir (yaklaşık 1050-1100°C'de). Bununla birlikte, NH3 yüksek sıcaklıklarda termal olarak ayrışır ve grafit içindeki karbonla güçlü bir şekilde reaksiyona giren atomik hidrojeni açığa çıkarır. NH3/H2, 1100°C'de SiC ile reaksiyona girmediğinden, SiC kaplamanın tamamen kapsüllenmesi ve kalitesi proses için kritik öneme sahiptir.

SiC Epitaksi Üretimi Alanında Ana Reaksiyon Odaları Tiplerinde Kaplamalar Nasıl Uygulanır?

SiC, 200'den fazla farklı kristal yapıya sahip tipik bir politipik malzemedir; bunların arasında 3C-SiC, 4H-SiC ve 6H-SiC en yaygın olanlardır. 4H-SiC, ağırlıklı olarak ana akım cihazlarda kullanılan kristal yapıdır. Kristal yapısını etkileyen önemli bir faktör reaksiyon sıcaklığıdır. Belirli bir eşiğin altındaki sıcaklıklar başka kristal formları üretme eğilimindedir. Optimum reaksiyon sıcaklığı 1550 ile 1650°C arasındadır; 1550°C'nin altındaki sıcaklıkların 3C-SiC ve diğer yapıları oluşturma olasılığı daha yüksektir. Ancak 3C-SiC yaygın olarak kullanılır.SiC kaplamalarve yaklaşık 1600°C'lik bir reaksiyon sıcaklığı 3C-SiC sınırına yakındır. TaC kaplamaların mevcut uygulaması maliyet sorunları nedeniyle sınırlı olsa da, uzun vadedeTaC kaplamalarSiC epitaksiyel ekipmanlardaki SiC kaplamaların kademeli olarak yerini alması bekleniyor.

Şu anda SiC epitaksisi için üç ana tip CVD sistemi bulunmaktadır: gezegensel sıcak duvar, yatay sıcak duvar ve dikey sıcak duvar. Gezegensel sıcak duvarlı CVD sistemi, tek bir partide birden fazla levha yetiştirme yeteneği ile karakterize edilir ve bu da yüksek üretim verimliliği sağlar. Yatay sıcak duvarlı CVD sistemi tipik olarak, mükemmel levha içi spesifikasyonları kolaylaştıran, gaz şamandıra dönüşüyle ​​tahrik edilen tek levhalı, büyük boyutlu bir büyüme sistemini içerir. Dikey sıcak duvarlı CVD sistemi esas olarak harici bir mekanik taban tarafından desteklenen yüksek hızlı dönüş özelliğine sahiptir. Daha düşük reaksiyon odası basıncını koruyarak sınır tabakasının kalınlığını etkili bir şekilde azaltır, böylece epitaksiyel büyüme oranını arttırır. Ek olarak, hazne tasarımında SiC partikül birikmesine yol açabilecek bir üst duvar yoktur, bu da partikül düşme riskini en aza indirir ve kusur kontrolünde doğal bir avantaj sağlar.

Yüksek Sıcaklıkta Isıl İşlem İçin Uygulama Alanları Nelerdir?CVD SiCTüp Fırın Ekipmanlarında?

Tüp fırın ekipmanı, yarı iletken endüstrisinde oksidasyon, difüzyon, ince film büyütme, tavlama ve alaşımlama gibi işlemlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. İki ana türü vardır: yatay ve dikey. Şu anda IC endüstrisi öncelikle dikey tüp fırınlarını kullanıyor. Proses basıncına ve uygulamaya bağlı olarak tüp fırın ekipmanı, atmosferik basınçlı fırınlar ve düşük basınçlı fırınlar olarak sınıflandırılabilir. Atmosfer basınçlı fırınlar esas olarak termal difüzyon katkılama, ince film oksidasyonu ve yüksek sıcaklıkta tavlama için kullanılırken, düşük basınçlı fırınlar çeşitli ince film türlerinin (LPCVD ve ALD gibi) büyütülmesi için tasarlanmıştır. Çeşitli tüp fırın ekipmanlarının yapıları benzerdir ve gerektiğinde difüzyon, oksidasyon, tavlama, LPCVD ve ALD işlevlerini gerçekleştirmek üzere esnek bir şekilde yapılandırılabilirler. Yüksek saflıkta sinterlenmiş SiC tüpler, SiC gofret tekneleri ve SiC astar duvarları, tüp fırın ekipmanının reaksiyon odası içindeki temel bileşenlerdir. Müşteri gereksinimlerine bağlı olarak ekSiC kaplamaPerformansı arttırmak için sinterlenmiş SiC seramiklerin yüzeyine katman uygulanabilir.

Fotovoltaik Granül Silikon İmalatı Alanında Neden?SiC KaplamaÖnemli Bir Rol Oynamak mı?

Metalurjik dereceli silikondan (veya endüstriyel silikondan) türetilen polisilikon, %99,9999'u (6N) aşan bir silikon içeriği elde etmek için bir dizi fiziksel ve kimyasal reaksiyonla saflaştırılan metalik olmayan bir malzemedir. Fotovoltaik alanında, polisilikon levhalar, hücreler ve modüller halinde işlenir ve bunlar sonuçta fotovoltaik enerji üretim sistemlerinde kullanılır ve polisilikon, fotovoltaik endüstri zincirinin önemli bir yukarı akış bileşeni haline gelir. Şu anda polisilikon üretimi için iki teknolojik yol bulunmaktadır: değiştirilmiş Siemens işlemi (çubuk benzeri silikon elde etme) ve silan akışkan yataklı işlem (granüler silikon elde etme). Modifiye edilmiş Siemens prosesinde, yüksek saflıkta SiHCl3, yaklaşık 1150°C'de yüksek saflıkta bir silikon çekirdek üzerinde yüksek saflıkta hidrojen ile indirgenir ve bu da silikon çekirdek üzerinde polisilikon birikmesine neden olur. Silan akışkan yataklı proseste tipik olarak silikon kaynak gazı olarak SiH4 ve taşıyıcı gaz olarak H2 kullanılır; granüler polisilikon üretmek için SiH4'ün akışkan yataklı bir reaktörde 600-800°C'de termal olarak ayrıştırılması için SiCl4 eklenir. Modifiye edilmiş Siemens süreci, nispeten olgun üretim teknolojisi nedeniyle ana polisilikon üretim rotası olmaya devam ediyor. Ancak GCL-Poly ve Tianhong Reike gibi şirketler granüler silikon teknolojisini geliştirmeye devam ettikçe silan akışkan yatak prosesi, daha düşük maliyeti ve azaltılmış karbon ayak izi nedeniyle pazar payı kazanabilir.

Ürün saflık kontrolü, tarihsel olarak akışkan yataklı prosesin zayıf bir noktası olmuştur; önemli maliyet avantajlarına rağmen Siemens prosesini geçememesinin temel nedeni de budur. Astar, silan akışkan yatak prosesinin ana yapısı ve reaksiyon kabı olarak görev yapar ve reaktörün metal kabuğunu yüksek sıcaklıktaki gazlar ve malzemeler tarafından erozyona ve aşınmaya karşı korurken malzemenin sıcaklığını yalıtır ve korur. Zorlu çalışma koşulları ve granüler silikonla doğrudan temas nedeniyle, astar malzemesinin yüksek saflık, aşınma direnci, korozyon direnci ve yüksek mukavemet sergilemesi gerekir. Yaygın malzemeler arasında grafit bulunur.SiC kaplama. Bununla birlikte, fiili kullanımda, granüler silikonda aşırı karbon içeriğine yol açan kaplama soyulması/çatlaması vakaları vardır, bu da grafit astarların ömrünün kısa olmasına ve bunların sarf malzemesi olarak sınıflandırılarak düzenli olarak değiştirilmesi ihtiyacına neden olur. SiC kaplı akışkan yatak kaplama malzemeleriyle ilgili teknik zorluklar ve bunların yüksek maliyetleri, silan akışkan yatak prosesinin pazarda benimsenmesini engellemektedir ve daha geniş uygulama için ele alınması gerekmektedir.

Pirolitik Grafit Kaplama Hangi Uygulamalarda Kullanılır?

Pirolitik grafit, 1800°C ila 2000°C arasındaki fırın basınçlarında kimyasal olarak buharla biriktirilen yüksek saflıkta hidrokarbonlardan oluşan ve yüksek oranda kristalografik olarak yönlendirilmiş pirolitik karbonla sonuçlanan yeni bir karbon malzemesidir. Yüksek yoğunluğa (2,20 g/cm³), yüksek saflığa ve anizotropik termal, elektriksel, manyetik ve mekanik özelliklere sahiptir. Yaklaşık 1800°C'de bile 10 mmHg'lik bir vakumu koruyabilir ve havacılık, yarı iletkenler, fotovoltaikler ve analitik cihazlar gibi alanlarda geniş uygulama potansiyeli bulur.

Kırmızı-sarı LED epitaksi ve bazı özel senaryolarda MOCVD tavan, SiC kaplama koruması gerektirmez ve bunun yerine pirolitik grafit kaplama çözümü kullanır.

Elektron ışını buharlaştırma alüminyum potaları, yüksek yoğunluk, yüksek sıcaklık direnci, iyi termal şok direnci, yüksek termal iletkenlik, düşük termal genleşme katsayısı ve asitler, alkaliler, tuzlar ve organik reaktiflerin neden olduğu korozyona karşı direnç gerektirir. Pirolitik grafit kaplama, grafit potayla aynı malzemeyi paylaştığından, yüksek-düşük sıcaklık döngüsüne etkili bir şekilde dayanabilir ve grafit potanın servis ömrünü uzatır.**