Rivestimento in carburo di silicio CVD-2

Rivestimento in carburo di silicio CVD

1. Perché c'è arivestimento in carburo di silicio

Lo strato epitassiale è una specifica pellicola sottile monocristallina cresciuta sulla base del wafer attraverso il processo epitassiale. Il wafer di substrato e la pellicola sottile epitassiale sono chiamati collettivamente wafer epitassiali. Tra questi, ilepitassiale al carburo di silicioviene cresciuto sul substrato conduttivo di carburo di silicio per ottenere un wafer epitassiale omogeneo di carburo di silicio, che può essere ulteriormente trasformato in dispositivi di potenza come diodi Schottky, MOSFET e IGBT. Tra questi, il più utilizzato è il substrato 4H-SiC.

Poiché tutti i dispositivi sono fondamentalmente realizzati sull'epitassia, la qualità diepitassiaha un grande impatto sulle prestazioni del dispositivo, ma la qualità dell'epitassia è influenzata dalla lavorazione dei cristalli e dei substrati. Si trova nell'anello intermedio di un settore e svolge un ruolo molto critico nello sviluppo del settore.

I principali metodi per la preparazione degli strati epitassiali di carburo di silicio sono: metodo di crescita per evaporazione; epitassia in fase liquida (LPE); epitassia da fascio molecolare (MBE); deposizione chimica da fase vapore (CVD).

Tra questi, la deposizione chimica in fase vapore (CVD) è il metodo omoepitassiale 4H-SiC più popolare. L'epitassia 4-H-SiC-CVD utilizza generalmente apparecchiature CVD, che possono garantire la continuazione dello strato epitassiale 4H cristallo SiC in condizioni di temperatura di crescita elevata.

Nelle apparecchiature CVD, il substrato non può essere posizionato direttamente sul metallo o semplicemente posizionato su una base per la deposizione epitassiale, perché coinvolge diversi fattori come la direzione del flusso del gas (orizzontale, verticale), la temperatura, la pressione, il fissaggio e la caduta degli inquinanti. Pertanto, è necessaria una base, quindi il substrato viene posizionato sul disco e quindi viene eseguita la deposizione epitassiale sul substrato utilizzando la tecnologia CVD. Questa base è la base in grafite rivestita in SiC.

Come componente principale, la base in grafite ha le caratteristiche di elevata resistenza specifica e modulo specifico, buona resistenza allo shock termico e resistenza alla corrosione, ma durante il processo di produzione la grafite verrà corrosa e ridotta in polvere a causa dei residui di gas corrosivi e metalli organici materia e la durata della base in grafite sarà notevolmente ridotta.

Allo stesso tempo, la polvere di grafite caduta inquinerà il chip. Nel processo di produzione dei wafer epitassiali in carburo di silicio, è difficile soddisfare i requisiti sempre più severi delle persone per l'uso di materiali in grafite, il che ne limita seriamente lo sviluppo e l'applicazione pratica. Pertanto, la tecnologia di rivestimento ha iniziato a crescere.

2. Vantaggi diRivestimento SiC

Le proprietà fisiche e chimiche del rivestimento impongono severi requisiti di resistenza alle alte temperature e alla corrosione, che influiscono direttamente sulla resa e sulla durata del prodotto. Il materiale SiC ha elevata resistenza, elevata durezza, basso coefficiente di dilatazione termica e buona conduttività termica. È un importante materiale strutturale ad alta temperatura e materiale semiconduttore ad alta temperatura. Si applica su base di grafite. I suoi vantaggi sono:

-SiC è resistente alla corrosione e può avvolgere completamente la base in grafite e ha una buona densità per evitare danni causati da gas corrosivo.

-Il SiC ha un'elevata conduttività termica e un'elevata forza di adesione con la base in grafite, garantendo che il rivestimento non cada facilmente dopo molteplici cicli ad alta e bassa temperatura.

-Il SiC ha una buona stabilità chimica per evitare che il rivestimento si rompa in un'atmosfera corrosiva e ad alta temperatura.

Inoltre, forni epitassiali di materiali diversi richiedono vassoi in grafite con indicatori di prestazione diversi. L'adattamento del coefficiente di dilatazione termica dei materiali di grafite richiede l'adattamento alla temperatura di crescita del forno epitassiale. Ad esempio, la temperatura della crescita epitassiale del carburo di silicio è elevata ed è necessario un vassoio con un elevato coefficiente di dilatazione termica. Il coefficiente di dilatazione termica del SiC è molto vicino a quello della grafite, rendendolo adatto come materiale preferito per il rivestimento superficiale della base di grafite.
I materiali SiC hanno una varietà di forme cristalline e quelle più comuni sono 3C, 4H e 6H. Diverse forme cristalline di SiC hanno usi diversi. Ad esempio, il 4H-SiC può essere utilizzato per produrre dispositivi ad alta potenza; 6H-SiC è il più stabile e può essere utilizzato per realizzare dispositivi optoelettronici; Il 3C-SiC può essere utilizzato per produrre strati epitassiali GaN e fabbricare dispositivi RF SiC-GaN grazie alla sua struttura simile al GaN. 3C-SiC è anche comunemente indicato come β-SiC. Un uso importante del β-SiC è come film sottile e materiale di rivestimento. Pertanto, il β-SiC è attualmente il materiale principale per il rivestimento.
I rivestimenti SiC sono comunemente usati nella produzione di semiconduttori. Sono utilizzati principalmente nei substrati, nell'epitassia, nella diffusione dell'ossidazione, nell'attacco e nell'impianto ionico. Le proprietà fisiche e chimiche del rivestimento impongono severi requisiti di resistenza alle alte temperature e alla corrosione, che influiscono direttamente sulla resa e sulla durata del prodotto. Pertanto, la preparazione del rivestimento SiC è fondamentale.