¿Qué es el susceptor de grafito recubierto de SiC?

Figura 1. Susceptor de grafito recubierto de SiC

1. Capa epitaxial y su equipamiento.

Durante el proceso de fabricación de oblea, necesitamos construir aún más una capa epitaxial sobre algunos sustratos de oblea para facilitar la fabricación de dispositivos. La epitaxia se refiere al proceso de hacer crecer un nuevo monocristal sobre un sustrato monocristalino que ha sido cuidadosamente procesado mediante corte, esmerilado y pulido. El nuevo monocristal puede ser del mismo material que el sustrato o de un material diferente (homoepitaxial o heteroepitaxial). Dado que la nueva capa monocristalina crece a lo largo de la fase cristalina del sustrato, se denomina capa epitaxial y la fabricación del dispositivo se lleva a cabo en la capa epitaxial. 

Por ejemplo, unepitaxial de GaAsse prepara una capa sobre un sustrato de silicio para dispositivos emisores de luz LED; aepitaxial de SiCla capa se cultiva sobre un sustrato conductor de SiC para la construcción de SBD, MOSFET y otros dispositivos en aplicaciones de energía; Se construye una capa epitaxial de GaN sobre un sustrato de SiC semiaislante para seguir fabricando dispositivos como HEMT en aplicaciones de radiofrecuencia como las comunicaciones. Parámetros como el espesor de los materiales epitaxiales de SiC y la concentración de portadores de fondo determinan directamente las diversas propiedades eléctricas de los dispositivos de SiC. En este proceso, no podemos prescindir de equipos de deposición química de vapor (CVD).

Figura 2. Modos de crecimiento de la película epitaxial.

2. Importancia del susceptor de grafito recubierto de SiC en equipos CVD

En los equipos CVD no podemos colocar el sustrato directamente sobre el metal o simplemente sobre una base para deposición epitaxial, porque involucra muchos factores como la dirección del flujo de gas (horizontal, vertical), temperatura, presión, fijación y contaminantes. Por lo tanto, necesitamos usar un susceptor (portador de oblea) para colocar el sustrato en una bandeja y utilizar tecnología CVD para realizar la deposición epitaxial sobre él. Este susceptor es el susceptor de grafito recubierto de SiC (también llamado bandeja).

2.1 Aplicación del susceptor de grafito recubierto de SiC en equipos MOCVD

El susceptor de grafito recubierto de SiC desempeña un papel clave enEquipo de deposición química de vapor orgánico-metálico (MOCVD)para soportar y calentar sustratos monocristalinos. La estabilidad térmica y la uniformidad térmica de este susceptor son cruciales para la calidad de los materiales epitaxiales, por lo que se considera un componente central indispensable en los equipos MOCVD. La tecnología de deposición química de vapor de metal orgánico (MOCVD) se usa actualmente ampliamente en el crecimiento epitaxial de películas delgadas de GaN en LED azules porque tiene las ventajas de una operación simple, una tasa de crecimiento controlable y una alta pureza.

Como uno de los componentes principales del equipo MOCVD, el susceptor de grafito semiconductor Vetek es responsable de soportar y calentar sustratos monocristalinos, lo que afecta directamente la uniformidad y pureza de los materiales de película delgada y, por lo tanto, está relacionado con la calidad de preparación de las obleas epitaxiales. A medida que aumenta el número de usos y cambia el entorno de trabajo, el susceptor de grafito es propenso a desgastarse y, por lo tanto, se clasifica como consumible.

2.2. Características del susceptor de grafito recubierto de SIC

Para satisfacer las necesidades de los equipos MOCVD, el recubrimiento requerido para el susceptor de grafito debe tener características específicas para cumplir con los siguientes estándares:

✔  Buena cobertura: El recubrimiento de SiC debe cubrir completamente el susceptor y tener un alto grado de densidad para evitar daños en un ambiente de gas corrosivo.

✔  Alta fuerza de unión: El recubrimiento debe estar firmemente adherido al susceptor y no debe caerse fácilmente después de múltiples ciclos de alta y baja temperatura.

✔  Buena estabilidad química: El recubrimiento debe tener buena estabilidad química para evitar fallas en atmósferas corrosivas y de alta temperatura.

2.3 Dificultades y desafíos al combinar materiales de grafito y carburo de silicio

El carburo de silicio (SiC) funciona bien en atmósferas epitaxiales de GaN debido a sus ventajas como resistencia a la corrosión, alta conductividad térmica, resistencia al choque térmico y buena estabilidad química. Su coeficiente de expansión térmica es similar al del grafito, lo que lo convierte en el material preferido para recubrimientos susceptores de grafito.

Sin embargo, después de todo,grafitoycarburo de silicioSon dos materiales diferentes y aún habrá situaciones en las que el recubrimiento tenga una vida útil corta, se caiga fácilmente y aumente los costos debido a los diferentes coeficientes de expansión térmica. 

3. Tecnología de recubrimiento de SiC

3.1. Tipos comunes de SiC

En la actualidad, los tipos comunes de SiC incluyen 3C, 4H y 6H, y diferentes tipos de SiC son adecuados para diferentes propósitos. Por ejemplo, el 4H-SiC es adecuado para fabricar dispositivos de alta potencia, el 6H-SiC es relativamente estable y puede usarse para dispositivos optoelectrónicos, y el 3C-SiC puede usarse para preparar capas epitaxiales de GaN y fabricar dispositivos de RF de SiC-GaN debido a su estructura similar a la del GaN. El 3C-SiC también se conoce comúnmente como β-SiC y se utiliza principalmente para películas delgadas y materiales de recubrimiento. Por tanto, el β-SiC es actualmente uno de los principales materiales para recubrimientos.

3.2.Recubrimiento de carburo de siliciométodo de preparación

Hay muchas opciones para la preparación de recubrimientos de carburo de silicio, incluido el método de gel-sol, el método de pulverización, el método de pulverización con haz de iones, el método de reacción química de vapor (CVR) y el método de deposición química de vapor (CVD). Entre ellos, el método de deposición química de vapor (CVD) es actualmente la principal tecnología para preparar recubrimientos de SiC. Este método deposita recubrimientos de SiC en la superficie del sustrato mediante una reacción en fase gaseosa, que tiene las ventajas de una unión estrecha entre el recubrimiento y el sustrato, mejorando la resistencia a la oxidación y la resistencia a la ablación del material del sustrato.

El método de sinterización a alta temperatura, al colocar el sustrato de grafito en el polvo de inclusión y sinterizarlo a alta temperatura bajo una atmósfera inerte, finalmente forma una capa de SiC en la superficie del sustrato, que se denomina método de incrustación. Aunque este método es simple y el recubrimiento está firmemente adherido al sustrato, la uniformidad del recubrimiento en la dirección del espesor es pobre y es probable que aparezcan agujeros, lo que reduce la resistencia a la oxidación.

✔  El método de pulverizaciónImplica rociar materias primas líquidas sobre la superficie del sustrato de grafito y luego solidificar las materias primas a una temperatura específica para formar un recubrimiento. Aunque este método es de bajo costo, el recubrimiento está débilmente unido al sustrato y el recubrimiento tiene poca uniformidad, espesor fino y mala resistencia a la oxidación, y generalmente requiere tratamiento adicional.

✔  Tecnología de pulverización por haz de ionesutiliza una pistola de haz de iones para rociar material fundido o parcialmente fundido sobre la superficie de un sustrato de grafito, que luego se solidifica y se adhiere para formar un recubrimiento. Aunque la operación es simple y puede producir un recubrimiento de carburo de silicio relativamente denso, el recubrimiento es fácil de romper y tiene poca resistencia a la oxidación. Generalmente se utiliza para preparar recubrimientos compuestos de SiC de alta calidad.

✔ Método sol-gel, este método implica preparar una solución de sol uniforme y transparente, aplicarla a la superficie del sustrato y luego secar y sinterizar para formar un recubrimiento. Aunque la operación es simple y el costo es bajo, el recubrimiento preparado tiene baja resistencia al choque térmico y es propenso a agrietarse, por lo que su rango de aplicación es limitado.

✔ Tecnología de reacción de vapor químico (CVR): CVR utiliza polvo de Si y SiO2 para generar vapor de SiO y forma un recubrimiento de SiC mediante una reacción química en la superficie del sustrato de material de carbono. Aunque se puede preparar un recubrimiento fuertemente unido, se requiere una temperatura de reacción más alta y el costo es elevado.

✔  Deposición química de vapor (CVD): CVD es actualmente la tecnología más utilizada para preparar recubrimientos de SiC, y los recubrimientos de SiC se forman mediante reacciones en fase gaseosa en la superficie del sustrato. El recubrimiento preparado mediante este método está estrechamente unido al sustrato, lo que mejora la resistencia a la oxidación y la resistencia a la ablación del sustrato, pero requiere un tiempo de deposición prolongado y el gas de reacción puede ser tóxico.

Figura 3. Diagrama de deposición de vapor químico.

4. competencia en el mercado ySemiconductores VetekLa innovación tecnológica

En el mercado de sustratos de grafito recubiertos de SiC, los fabricantes extranjeros comenzaron antes, con ventajas obvias y una mayor participación de mercado. A nivel internacional, Xycard en los Países Bajos, SGL en Alemania, Toyo Tanso en Japón y MEMC en los Estados Unidos son proveedores principales y básicamente monopolizan el mercado internacional. Sin embargo, China ha logrado avances en la tecnología central de recubrimientos de SiC de crecimiento uniforme en la superficie de sustratos de grafito, y su calidad ha sido verificada por clientes nacionales y extranjeros. Al mismo tiempo, también tiene ciertas ventajas competitivas en precio, que pueden cumplir con los requisitos de los equipos MOCVD para el uso de sustratos de grafito recubiertos de SiC. 

Vetek semiconductor se ha dedicado a la investigación y el desarrollo en el campo deRecubrimientos de SiCdurante más de 20 años. Por lo tanto, hemos lanzado la misma tecnología de capa de amortiguación que SGL. Mediante una tecnología de procesamiento especial, se puede agregar una capa amortiguadora entre el grafito y el carburo de silicio para aumentar la vida útil en más de dos veces.