SiC Kaplı Grafit Süseptör Yarı İletken Epitaksi için Neden Gereklidir?

Yarı iletken cihazlar daha yüksek güce, daha yüksek frekansa ve daha fazla entegrasyona doğru gelişmeye devam ettikçe, epitaksiyel büyüme ekipmanına yönelik gereksinimler giderek daha zorlu hale geldi. SiC güç cihazları, GaN RF bileşenleri, LED çipleri veya silikon epitaksiyel levhalar üretirken üreticiler reaktörün içindeki kritik bir bileşene güveniyor: SiC kaplı grafit tutucu.

Reaksiyon odasının dışında nadiren görülse de, bu bileşen levha sıcaklığının homojenliğini, parçacık oluşumunu, kaplama ömrünü ve sonuçta cihaz verimini doğrudan etkiler.

SiC Kaplı Grafit Süseptör Nedir?

SiC kaplı bir grafit tutucu, yoğun bir Kimyasal Buhar Biriktirme (CVD) silikon karbür kaplama ile korunan, hassas şekilde tasarlanmış bir grafit bileşenidir.

Bir epitaksiyel reaktörün içinde, suseptör birkaç kritik işlevi yerine getirir:

• Büyüme süreci boyunca yarı iletken levhaları destekler
• Isıyı ısıtıcıdan plakaya eşit şekilde aktarır
• Film homojenliğini artırmak için levhayla birlikte döner
• Tekrarlanan termal döngü altında boyutsal stabiliteyi korur
• Grafit alt tabakayı aşındırıcı proses gazlarından korur

Prosese bağlı olarak, tutucular yassı tutucular, fıçı tutucular, tepsiler, levha taşıyıcılar veya özelleştirilmiş reaktör bileşenleri olarak tasarlanabilir.

Neden Çıplak Grafit Kullanmıyorsunuz?

Grafit, aşağıdaki özelliklerinden dolayı uzun zamandır en iyi yüksek sıcaklık mühendislik malzemelerinden biri olarak tanınmaktadır:

· Mükemmel ısı iletkenliği

· Düşük termal genleşme katsayısı

· Yüksek sıcaklık stabilitesi

· Kolay işlenebilirlik

· Düşük yoğunluk

Ancak çıplak grafit doğrudan yarı iletken işleme için uygun değildir.

Epitaksi sırasında H₂, HCl, NH₃, silan, klorosilanlar ve metal-organik öncüller gibi proses gazları sürekli olarak açıkta kalan grafit yüzeylere saldırır. Zamanla grafit oksitlenmeye, paslanmaya ve karbon parçacıkları salmaya başlar.

Bu parçacıklar şunları yapabilir:

· gofretleri kirletmek,

· kusur yoğunluğunu arttırmak,

· epitaksiyel bütünlüğü azaltır,

· Reaktör bakım aralıklarını kısaltın.

Bu nedenle hemen hemen tüm modern yarı iletken reaktörler açıkta kalan grafit yerine koruyucu seramik kaplamalar kullanır.

Silisyum Karbür Neden Tercih Edilen Kaplamadır？

BN, ZrB₂, TaC ve çeşitli oksit kaplamalar dahil olmak üzere mevcut kaplama malzemeleri arasında CVD silisyum karbür, termal, kimyasal ve mekanik özellikler arasında mükemmel bir denge sunduğundan endüstri standardı haline geldi.

Temel avantajlar şunları içerir:

• Üstün Kimyasal Direnç: Yoğun SiC, aşındırıcı gazların grafit alt tabakaya ulaşmasını önleyerek bileşen ömrünü önemli ölçüde uzatır.
• Mükemmel Isı İletkenliği: Yüksek ısı iletkenliği, levha boyunca mükemmel sıcaklık homojenliğini korurken hızlı ısı transferini sağlar.
• Düşük Termal Genleşme Uyuşmazlığı: SiC'nin termal genleşme katsayısı grafitle yakından eşleşir ve tekrarlanan ısıtma ve soğutma döngüleri sırasında iç gerilimi azaltır.
• Yüksek Sertlik: Kaplama, levha yükleme ve reaktörün çalışması sırasında aşınmaya karşı dayanıklıdır.
• Yüksek Saflık: Yüksek kaliteli CVD SiC kaplamalar, gelişmiş yarı iletken üretimi için kritik olan metalik kirlenmeyi ve parçacık oluşumunu en aza indirir.

Neden Kimyasal Buhar Biriktirme (CVD)?

Aşağıdakiler dahil çeşitli kaplama teknolojileri mevcuttur:

· Plazma püskürtme

· Sol-jel kaplama

· Elektroforetik biriktirme

· Paket sementasyonu

· Fırça kaplama

Bununla birlikte, yarı iletken üretimi, aşağıdaki özelliklere sahip kaplamalar ürettiği için büyük ölçüde Kimyasal Buhar Biriktirmeyi (CVD) tercih etmektedir:

· son derece yüksek saflık,

· mükemmel yoğunluk,

· düzgün kalınlık,

· üstün yapışma,

· düşük gözeneklilik,

· Karmaşık geometrilerde mükemmel uyumluluk.

Çoğunlukla gözenekler ve zayıf arayüzler içeren püskürtmeli kaplamaların aksine CVD SiC, grafit alt katmana kimyasal olarak bağlanan yoğun kristalli bir katman oluşturur ve bu da zorlu proses koşulları altında önemli ölçüde daha uzun hizmet ömrü sağlar.

Tipik Uygulamalar

SiC kaplı grafit bileşenler aşağıdaki alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır:

SiC Epitaksi: MOSFET'ler, SBD'ler ve diğer güç cihazları için homoepitaksiyel büyüme sırasında iletken ve yarı yalıtkan SiC plakalarını destekler.

Silikon Epitaksi: CMOS ve güç yarı iletken üretiminde kullanılan silikon levha epitaksi için stabil termal platformlar sağlar.

GaN Epitaxy RF cihazları, HEMT'ler, MicroLED'ler ve güç elektroniği için GaN-on-Si ve GaN-on-SiC büyümesini destekler.

LED Üretimi: MOCVD reaktörlerinde mavi, yeşil, UV ve MicroLED epitaksiyel büyüme için kullanılır.

Çözüm

Yarı iletken işlemler daha büyük levhalara, daha dar işlem pencerelerine ve daha düşük kusur yoğunluklarına doğru ilerledikçe, yüksek performanslı reaktör bileşenlerinin önemi de artmaya devam ediyor.

CVD SiC kaplı grafit tutucular vazgeçilmez hale geldi çünkü grafitin üstün termal performansını silisyum karbürün olağanüstü kimyasal direnci, saflığı ve dayanıklılığıyla birleştiriyor.

SiC güç cihazları, GaN RF elektroniği, LED üretimi veya silikon epitaksi için olsun, yüksek kaliteli SiC kaplı grafit bileşenlere yatırım yapmak doğrudan daha yüksek verime, daha uzun ekipman çalışma süresine ve daha düşük üretim maliyetlerine katkıda bulunur.