Кои се апликациите на SiC и TaC облогите во полето на полупроводниците?

Како е опширно дефиниран секторот на полупроводници и кои се неговите главни компоненти?

Полупроводничкиот сектор нашироко се однесува на употребата на својствата на полупроводничките материјали за производство на полупроводнички интегрирани кола (ICs), полупроводнички дисплеи (LCD/OLED панели), полупроводничко осветлување (LED) и полупроводнички енергетски производи (фотоволтаици) преку поврзани процеси на производство на полупроводници. Интегрираните кола сочинуваат до 80% од овој сектор, така што, потесно кажано, индустријата за полупроводници често се однесува конкретно на индустријата за ИЦ.

Во суштина, производството на полупроводници вклучува создавање на структури на кола на „подлога“ и поврзување на ова коло со надворешни системи за напојување и контрола за да се постигнат различни функционалности. Супстратите, термин кој се користи во индустријата, може да се направат од полупроводнички материјали како Si или SiC, или неполупроводнички материјали како сафир или стакло. Освен за LED и панел индустриите, силиконските наполитанки се најчесто користените подлоги. Епитаксијата се однесува на процесот на одгледување на нов материјал со тенок слој на подлогата, при што вообичаени материјали се Si, SiC, GaN, GaAs итн. концентрација и профилот на епитаксијалниот слој, независно од подлогата. Оваа контрола се постигнува преку допинг за време на процесот на епитаксијален раст.

Што се состои од предниот процес во производството на полупроводници?

Процесот на предниот дел е технички најкомплексниот и најинтензивен дел од производството на полупроводници, кој бара повторување на истите постапки повеќе пати, па оттука се нарекува „цикличен процес“. Тоа првенствено вклучува чистење, оксидација, фотолитографија, офорт, имплантација на јони, дифузија, жарење, таложење со тенок слој и полирање.

Како облогите ја штитат опремата за производство на полупроводници?

Опремата за производство на полупроводници работи во средини со висока температура, високо корозивни и бара исклучително висока чистота. Така, заштитата на внатрешните компоненти на опремата е клучен предизвик. Технологијата на обложување ги подобрува и заштитува основните материјали со формирање на тенок покривен слој на нивните површини. Оваа адаптација им овозможува на основните материјали да издржат поекстремни и сложени производни средини, подобрувајќи ја нивната стабилност на високи температури, отпорност на корозија, отпорност на оксидација и продолжување на нивниот животен век.

Зошто еSiC облогаЗначајно во доменот за производство на силиконски супстрати?

Во печките за раст на силициумските кристали, силиконската пареа со висока температура околу 1500°C може значително да ги кородира компонентите на графит или јаглерод-јаглерод материјал. Примена со висока чистотаSiC облогана овие компоненти може ефикасно да ја блокира силиконската пареа и да го продолжи работниот век на компонентите.

Процесот на производство на полупроводнички силиконски наполитанки е комплексен, вклучува бројни чекори, при што примарните фази се растот на кристалите, формирањето силиконски обланди и епитаксиалниот раст. Растот на кристалите е основниот процес во производството на силиконски нафора. За време на фазата на подготовка на еден кристал, се одредуваат клучните технички параметри како што се дијаметарот на нафората, кристалната ориентација, типот на допинг спроводливост, опсегот и дистрибуцијата на отпорност, концентрацијата на јаглерод и кислород и дефектите на решетката. Еднокристалниот силициум обично се подготвува со користење на методот Czochralski (CZ) или методот Float Zone (FZ). Најчесто користен е методот CZ, кој сочинува околу 85% од силиконските единечни кристали. 12-инчни силиконски наполитанки може да се произведуваат само со методот CZ. Овој метод вклучува ставање полисиликонски материјал со висока чистота во кварцен сад, негово топење под заштита на инертен гас со висока чистота, а потоа вметнување на еднокристално силициумско семе во топењето. Како што семето се влече нагоре, кристалот прераснува во монокристална силиконска прачка.

како еTaC облогаЕволуирате со PVT методи?

Инхерентните карактеристики на SiC (недостаток на течна фаза Si:C=1:1 при атмосферски притисок) го предизвикуваат растот на еднокристалот. Во моментов, главните методи вклучуваат физички транспорт на пареа (PVT), високотемпературно хемиско таложење на пареа (HT-CVD) и Епитаксија во течна фаза (LPE). Меѓу нив, PVT е најраспространет поради неговите пониски барања за опрема, поедноставниот процес, силната контролираност и воспоставените индустриски апликации.

PVT методот овозможува контрола на аксијалните и радијалните температурни полиња со прилагодување на условите за топлинска изолација надвор од графитниот сад. SiC прав се става на потоплото дно на графитниот сад, додека кристалот на семето SiC е фиксиран на поладниот врв. Растојанието помеѓу прашокот и семето обично се контролира на неколку десетици милиметри за да се избегне контакт помеѓу растечкиот SiC кристал и прашокот. Со користење на различни методи на загревање (индуктивно или отпорно загревање), SiC прав се загрева на 2200-2500°C, предизвикувајќи оригиналниот прав да се сублимира и да се распаѓа на гасовити компоненти како што се Si, Si2C и SiC2. Овие гасови се транспортираат до крајот на семениот кристал со конвекција, каде што се кристализира SiC, постигнувајќи раст на еден кристал. Типичната стапка на раст е 0,2-0,4 mm/h, а потребни се 7-14 дена за да се развие кристален ингот од 20-30 mm.

Присуството на јаглеродни подмножества во PVT-одгледуваните SiC кристали е значаен извор на дефекти, што придонесува за микроцевки и полиморфни дефекти, кои го деградираат квалитетот на кристалите на SiC и ја ограничуваат работата на уредите базирани на SiC. Општо земено, графитизацијата на прашокот SiC и фронтот за раст богат со јаглерод се препознатливи извори на вклучување на јаглерод: 1) за време на распаѓањето на прав SiC, пареата Si се акумулира во гасната фаза додека C се концентрира во цврстата фаза, што доведува до тешка карбонизација на прашокот доцна во растот. Откако јаглеродните честички во прав ќе ја надминат гравитацијата и ќе се дифузираат во инготот на SiC, се формираат јаглеродни подмножества. 2) Во услови богати со Si, вишокот на пареа Si реагира со ѕидот на графитниот сад, формирајќи тенок SiC слој кој лесно може да се распадне на јаглеродни честички и компоненти што содржат Si.

Два пристапи можат да ги решат овие прашања: 1) Филтрирајте ги јаглеродните честички од силно карбонизираниот SiC прашок доцниот раст. 2) Спречете ја пареата Si да го кородира ѕидот на графитниот сад. Многу карбиди, како што е TaC, можат стабилно да работат над 2000°C и да се спротивстават на хемиска корозија од киселини, алкалии, NH3, H2 и Si пареа. Со зголемените барања за квалитет за наполитанките SiC, примената на TaC облогите во технологијата за раст на кристалите на SiC се истражува на индустриски план. Истражувањата покажуваат дека SiC кристалите подготвени со користење на компоненти од графит обложени со TaC во PVT печките за раст се почисти, со значително намалени густини на дефекти, што значително го подобрува квалитетот на кристалите.

а) ПорозенПорозен графит обложен со TaC или TaC: Ги филтрира честичките на јаглеродот, спречува дифузија во кристалот и обезбедува рамномерен проток на воздух.

б)TaC-обложенапрстени: Изолирајте ја пареата Si од ѕидот на графитниот сад, спречувајќи корозија на ѕидот на садот со пареа Si.

в)TaC-обложенаводичи за проток: Изолирајте ја пареата Si од ѕидот на графитниот сад додека го насочувате протокот на воздух кон кристалот на семето.

г)TaC-обложенадржачи за семенски кристали: Изолирајте ја пареата Si од горниот капак на садот за да спречите корозија на горниот капак од пареата Si.

Како правиCVD SiC облогаПридобивка во производството на подлогата GaN?

Во моментов, комерцијалното производство на подлоги GaN започнува со создавање на тампон слој (или слој на маска) на супстрат од сафир. Епитаксијата на фазата на водород пареа (HVPE) потоа се користи за брзо растење на GaN филм на овој тампон слој, проследено со одвојување и полирање за да се добие слободна GaN подлога. Како функционира HVPE во кварцните реактори со атмосферски притисок, со оглед на неговите барања за хемиски реакции и на ниски и на високи температури?

Во зоната со ниска температура (800-900°C), гасовитиот HCl реагира со металниот Ga за да произведе гасовит GaCl.

Во зоната со висока температура (1000-1100°C), гасовитиот GaCl реагира со гасовитиот NH3 за да формира GaN еднокристален филм.

Кои се структурните компоненти на HVPE опремата и како се заштитени од корозија? Опремата HVPE може да биде хоризонтална или вертикална, која се состои од компоненти како што се чамец со галиум, тело на печката, реактор, систем за конфигурација на гас и систем за издувни гасови. Графитните фиоки и прачки, кои доаѓаат во контакт со NH3, се подложни на корозија и можат да се заштитат соSiC облогаза да се спречи оштетување.

Која е важноста на CVD технологијата над GaN Epitaxy Manufacty?

Во областа на полупроводничките уреди, зошто е неопходно да се конструираат епитаксијални слоеви на одредени подлоги од обланда? Типичен пример вклучува сино-зелени LED диоди, кои бараат GaN епитаксијални слоеви на подлоги од сафир. Опремата MOCVD е од витално значење во процесот на производство на епитаксии GaN, а водечки добавувачи се AMEC, Aixtron и Veeco во Кина.

Зошто подлогите не можат да се постават директно на метални или едноставни подлоги за време на епитаксијално таложење во системите MOCVD? Мора да се земат предвид факторите како што се насоката на протокот на гас (хоризонтална, вертикална), температура, притисок, фиксација на подлогата и контаминација од остатоци. Затоа, за држење на подлогите се користи сусцептор со џебови, а епитаксиалното таложење се врши со употреба на CVD технологија на подлогите поставени во овие џебови. Насуцептор е графитна основа со SiC облога.

Која е основната хемиска реакција во епитаксијата GaN и зошто квалитетот на облогата на SiC е клучен? Основната реакција е NH3 + TMGa → GaN + нуспроизводи (приближно на 1050-1100°C). Меѓутоа, NH3 термички се распаѓа на високи температури, ослободувајќи атомски водород, кој силно реагира со јаглеродот во графитот. Бидејќи NH3/H2 не реагира со SiC на 1100°C, целосната инкапсулација и квалитетот на SiC облогата се клучни за процесот.

На полето на производство на епитаксии на SiC, како се применуваат облогите во главните типови на комори за реакција?

SiC е типичен политипичен материјал со преку 200 различни кристални структури, меѓу кои најчести се 3C-SiC, 4H-SiC и 6H-SiC. 4H-SiC е кристалната структура која претежно се користи во главните уреди. Значаен фактор што влијае на кристалната структура е температурата на реакцијата. Температурите под одреден праг имаат тенденција да произведуваат други кристални форми. Оптималната температура на реакцијата е помеѓу 1550 и 1650°C; температурите под 1550°C имаат поголема веројатност да дадат 3C-SiC и други структури. Сепак, 3C-SiC најчесто се користи воSiC облоги, а температурата на реакција од околу 1600°C е блиску до границата од 3C-SiC. Иако сегашната примена на TaC облогите е ограничена поради проблеми со трошоците, на долг рок,TaC облогисе очекува постепено да ги заменат SiC облогите во SiC епитаксијалната опрема.

Во моментов, постојат три главни типа на CVD системи за SiC епитаксија: планетарен жежок ѕид, хоризонтален топол ѕид и вертикален топол ѕид. Планетарниот CVD систем со топли ѕидови се карактеризира со неговата способност да расте повеќе наполитанки во една серија, што резултира со висока производствена ефикасност. Хоризонталниот CVD систем со жешки ѕидови обично вклучува систем за раст со една обланда, со големи димензии, управуван од ротација на пливачки гас, што ги олеснува одличните спецификации за интра-нафора. Вертикалниот CVD систем со топли ѕидови главно се одликува со ротација со голема брзина потпомогната од надворешна механичка основа. Ефикасно ја намалува дебелината на граничниот слој со одржување на помал притисок во комората за реакција, со што ја подобрува стапката на епитаксијален раст. Дополнително, на дизајнот на неговата комора му недостасува горниот ѕид што може да доведе до таложење на честички SiC, минимизирајќи го ризикот од паѓање на честичките и обезбедувајќи вродена предност во контролата на дефектите.

За високотемпературна термичка обработка, на што се применуваCVD SiCво опрема за цевни печки?

Опремата за цевни печки е широко користена во процеси како што се оксидација, дифузија, раст на тенок слој, жарење и легирање во индустријата за полупроводници. Постојат два главни типа: хоризонтална и вертикална. Во моментов, IC индустријата првенствено користи печки со вертикални цевки. Во зависност од притисокот на процесот и примената, опремата за печки со цевки може да се категоризира на печки со атмосферски притисок и печки со низок притисок. Печките со атмосферски притисок главно се користат за допинг со термичка дифузија, оксидација со тенок слој и жарење на висока температура, додека печките со низок притисок се дизајнирани за раст на разни видови тенки фолии (како што се LPCVD и ALD). Структурите на различната опрема за печки со цевки се слични и тие можат флексибилно да се конфигурираат за да вршат функции на дифузија, оксидација, жарење, LPCVD и ALD по потреба. Синтерираните SiC цевки со висока чистота, чамците со нафора со SiC и ѕидовите на облогата на SiC се суштински компоненти во реакционата комора на опремата за печка со цевки. Во зависност од барањата на клиентите, дополнителноSiC облогаслој може да се нанесе на површината на синтеруваната SiC керамика за да се подобрат перформансите.

Во областа на производството на фотоволтаичен грануларен силикон, зошто еSiC облогаИграње клучна улога?

Полисилициумот, добиен од силициум од металуршки степен (или индустриски силициум), е неметален материјал прочистен преку серија физички и хемиски реакции за да се постигне содржина на силициум што надминува 99,9999% (6N). Во фотоволтаичното поле, полисилициумот се обработува во обланди, ќелии и модули, кои на крајот се користат во системите за производство на фотонапонска енергија, што го прави полисиликонот клучна компонента нагоре во синџирот на фотоволтаичната индустрија. Во моментов, постојат два технолошки правци за производство на полисиликон: модифицираниот процес на Сименс (издавање на силициум сличен на шипки) и процес на флуидизиран слој на силикон (со кој се добива зрнест силикон). Во модифицираниот процес на Сименс, SiHCl3 со висока чистота се намалува со водород со висока чистота на силиконско јадро со висока чистота на околу 1150°C, што резултира со таложење на полисиликон на јадрото на силиконот. Процесот на флуидизиран слој на силилан обично користи SiH4 како гас од силициум извор и H2 како гас-носител, со додавање на SiCl4 за термичко разложување на SiH4 во реактор со флуидизирано корито на 600-800°C за производство на зрнест полисиликон. Модифицираниот процес на Сименс останува главниот пат на производство на полисиликон поради неговата релативно зрела технологија на производство. Како и да е, бидејќи компаниите како GCL-Poly и Tianhong Reike продолжуваат да ја унапредуваат технологијата на грануларен силикон, процесот на флуидизиран слој на силикон може да добие пазарен удел поради неговата пониска цена и намалениот јаглероден отпечаток.

Контролата на чистотата на производот историски беше слаба точка на процесот на флуидизиран слој, што е примарна причина зошто не го надмина процесот на Сименс и покрај неговите значителни предности во трошоците. Облогата служи како главна структура и реакционен сад на процесот на флуидизирано лежиште на силилан, заштитувајќи ја металната обвивка на реакторот од ерозија и абење од гасови и материјали со висока температура додека ја изолира и одржува температурата на материјалот. Поради суровите работни услови и директниот контакт со зрнести силициум, материјалот на облогата мора да покажува висока чистота, отпорност на абење, отпорност на корозија и висока јачина. Вообичаени материјали вклучуваат графит со аSiC облога. Меѓутоа, при реална употреба, постојат појави на лупење/пукање на облогата што доведува до прекумерна содржина на јаглерод во зрнести силициум, што резултира со краток век на траење на облогите од графит и потреба од редовна замена, класифицирање на нив како потрошен материјал. Техничките предизвици поврзани со материјалите за обложување со флуидизиран кревет обложен со SiC и нивните високи трошоци го попречуваат усвојувањето на пазарот на процесот на флуидизирано лежиште на силилан и мора да се решат за поширока примена.

Во кои апликации се користи облогата со пиролитички графит?

Пиролитичкиот графит е нов јаглероден материјал, кој се состои од јаглеводороди со висока чистота хемиски таложени на пареа при притисок во печката помеѓу 1800°C и 2000°C, што резултира со високо кристалографски ориентиран пиролитички јаглерод. Се одликува со висока густина (2,20 g/cm³), висока чистота и анизотропни термички, електрични, магнетни и механички својства. Може да одржува вакуум од 10 mmHg дури и на приближно 1800°C, наоѓајќи широк потенцијал за примена во полиња како што се воздушната, полупроводниците, фотоволтаиците и аналитичките инструменти.

Во црвено-жолта LED епитаксија и одредени специјални сценарија, таванот MOCVD не бара заштита од SiC облога и наместо тоа користи раствор за обложување со пиролитички графит.

Садовите за алуминиум со испарување на електронски сноп бараат висока густина, отпорност на висока температура, добра отпорност на термички шок, висока топлинска спроводливост, низок коефициент на термичка експанзија и отпорност на корозија од киселини, алкалии, соли и органски реагенси. Со оглед на тоа што облогата од пиролитички графит го дели истиот материјал како и графитниот сад, тој може ефективно да издржи циклуси на висока ниска температура, продолжувајќи го работниот век на графитниот сад.**