چرا گیرنده گرافیت با پوشش SiC برای اپیتاکسی نیمه هادی ضروری است؟

همانطور که دستگاه های نیمه هادی به سمت توان بالاتر، فرکانس بالاتر و یکپارچگی بیشتر تکامل می یابند، الزامات اعمال شده بر روی تجهیزات رشد اپیتاکسیال به طور فزاینده ای خواستار شده است. سازندگان چه در تولید دستگاه‌های قدرت SiC، قطعات GaN RF، تراشه‌های LED، یا ویفرهای اپیتاکسیال سیلیکونی، به یک جزء حیاتی در داخل راکتور متکی هستند - گیرنده گرافیت با پوشش SiC.

اگرچه به ندرت در خارج از محفظه واکنش قابل مشاهده است، اما این جزء مستقیماً بر یکنواختی دمای ویفر، تولید ذرات، طول عمر پوشش و در نهایت عملکرد دستگاه تأثیر می گذارد.

گیرنده گرافیت با پوشش SiC چیست؟

یک گیره گرافیت با پوشش SiC یک جزء گرافیت مهندسی شده با دقت است که توسط یک پوشش متراکم Chemical Vapor Deposition (CVD) کاربید سیلیکون محافظت می شود.

در داخل یک راکتور اپیتاکسیال، گیرنده چندین عملکرد حیاتی را انجام می دهد:

• از ویفرهای نیمه هادی در طول فرآیند رشد پشتیبانی می کند
• گرما را به طور یکنواخت از بخاری به ویفر منتقل می کند
• همراه با ویفر برای بهبود یکنواختی فیلم می چرخد
• پایداری ابعادی را تحت چرخه حرارتی مکرر حفظ می کند
• از بستر گرافیت در برابر گازهای فرآیند خورنده محافظت می کند

بسته به فرآیند، گیرنده‌ها ممکن است به‌عنوان گیرنده‌های پنکیک، گیرنده‌های بشکه، سینی‌ها، حامل‌های ویفر یا اجزای راکتور سفارشی طراحی شوند.

چرا از گرافیت برهنه استفاده نمی کنید؟

گرافیت از دیرباز به عنوان یکی از بهترین مواد مهندسی با دمای بالا شناخته شده است زیرا:

· هدایت حرارتی عالی

· ضریب انبساط حرارتی پایین

· پایداری در دمای بالا

· ماشینکاری آسان

· چگالی کم

با این حال، گرافیت خالی برای پردازش مستقیم نیمه هادی نامناسب است.

در طول اپیتاکسی، گازهای فرآیندی مانند H2، HCl، NH3، سیلان، کلروسیلان ها و پیش سازهای فلزی-آلی به طور مداوم به سطوح گرافیت در معرض حمله حمله می کنند. با گذشت زمان، گرافیت شروع به اکسید شدن، خوردگی و انتشار ذرات کربن می کند.

این ذرات می توانند:

ویفرها را آلوده کنید

· افزایش تراکم نقص،

· کاهش یکنواختی اپیتاکسیال،

· فواصل نگهداری راکتور را کوتاه کنید.

بنابراین، تقریباً همه راکتورهای نیمه هادی مدرن به جای گرافیت در معرض پوشش از پوشش های سرامیکی محافظ استفاده می کنند.

چرا سیلیکون کاربید پوشش ترجیحی است؟

در میان مواد پوششی موجود - از جمله BN، ZrB2، TaC، و پوشش‌های اکسیدی مختلف - کاربید سیلیکون CVD به استاندارد صنعت تبدیل شده است زیرا تعادل عالی خواص حرارتی، شیمیایی و مکانیکی را ارائه می‌کند.

مزایای کلیدی عبارتند از:

• مقاومت شیمیایی برجسته: SiC متراکم از رسیدن گازهای خورنده به زیرلایه گرافیت جلوگیری می کند و به طور چشمگیری طول عمر قطعه را افزایش می دهد.
• رسانایی حرارتی عالی: رسانایی حرارتی بالا انتقال حرارت سریع را امکان پذیر می کند و در عین حال یکنواختی دمای عالی را در سراسر ویفر حفظ می کند.
• عدم تطابق انبساط حرارتی کم: ضریب انبساط حرارتی SiC دقیقاً با گرافیت مطابقت دارد و تنش داخلی را در طول دوره‌های گرمایش و سرمایش مکرر کاهش می‌دهد.
• سختی بالا: این پوشش در هنگام بارگذاری ویفر و عملیات راکتور در برابر سایش مقاومت می کند.
• خلوص بالا: پوشش‌های CVD SiC با کیفیت بالا، آلودگی فلزی و تولید ذرات را به حداقل می‌رسانند - برای تولید نیمه‌رساناهای پیشرفته بسیار مهم است.

چرا رسوب بخار شیمیایی (CVD)؟

تکنولوژی های پوشش دهی مختلفی وجود دارد، از جمله:

· اسپری پلاسما

· پوشش سل-ژل

· رسوب الکتروفورتیک

· بسته بندی سیمان

· پوشش برس

با این حال، تولید نیمه هادی ها به شدت از رسوب بخار شیمیایی (CVD) حمایت می کند زیرا پوشش هایی با موارد زیر تولید می کند:

· خلوص بسیار بالا،

· چگالی عالی،

· ضخامت یکنواخت،

· چسبندگی برتر،

· تخلخل کم،

· انطباق عالی در هندسه های پیچیده.

برخلاف پوشش‌های اسپری شده که اغلب حاوی منافذ و رابط‌های ضعیف هستند، CVD SiC یک لایه کریستالی متراکم را تشکیل می‌دهد که از نظر شیمیایی به بستر گرافیت پیوند خورده است، که منجر به عمر مفید قابل توجهی در شرایط سخت فرآیند می‌شود.

برنامه های کاربردی معمولی

اجزای گرافیت با پوشش SiC به طور گسترده در موارد زیر استفاده می شوند:

SiC Epitaxy: پشتیبانی از ویفرهای SiC رسانا و نیمه عایق در طول رشد هماپیتاکسی برای MOSFET ها، SBD ها و سایر دستگاه های قدرت.

Silicon Epitaxy: ارائه سکوهای حرارتی پایدار برای اپیتاکسی ویفر سیلیکونی مورد استفاده در CMOS و تولید نیمه هادی های قدرت.

GaN Epitaxy: پشتیبانی از رشد GaN-on-Si و GaN-on-SiC برای دستگاه های RF، HEMT ها، MicroLED ها و الکترونیک قدرت.

تولید LED: در راکتورهای MOCVD برای رشد اپیتاکسیال آبی، سبز، UV و MicroLED استفاده می شود.

نتیجه گیری

با ادامه حرکت فرآیندهای نیمه هادی به سمت ویفرهای بزرگتر، پنجره های فرآیندی سفت تر و تراکم نقص کمتر، اهمیت اجزای راکتور با کارایی بالا همچنان رو به افزایش است.

گیرنده های گرافیتی با پوشش سی سی سی سی وی دی به دلیل ترکیب عملکرد حرارتی برتر گرافیت با مقاومت شیمیایی، خلوص و دوام فوق العاده کاربید سیلیکون ضروری شده اند.

چه برای دستگاه‌های قدرت SiC، دستگاه‌های الکترونیکی GaN RF، تولید LED یا اپیتاکسی سیلیکون، سرمایه‌گذاری در قطعات گرافیتی با پوشش SiC با کیفیت بالا به طور مستقیم به بازدهی بالاتر، زمان به‌روزرسانی تجهیزات طولانی‌تر و هزینه‌های تولید کمتر کمک می‌کند.