Hva er bruksområdene for SiC- og TaC-belegg i halvlederfeltet?

Hvordan er halvledersektoren bredt definert og hva er hovedkomponentene?

Halvledersektoren refererer stort sett til bruken av halvledermaterialers egenskaper for å produsere integrerte halvlederkretser (IC), halvlederskjermer (LCD/OLED-paneler), halvlederbelysning (LED) og halvlederenergiprodukter (fotovoltaikk) gjennom relaterte halvlederproduksjonsprosesser. Integrerte kretser står for opptil 80 % av denne sektoren, så halvlederindustrien refererer ofte spesifikt til IC-industrien.

I hovedsak innebærer halvlederproduksjon å lage kretsstrukturer på et "substrat" ​​og koble denne kretsen til eksterne strøm- og kontrollsystemer for å oppnå ulike funksjoner. Substrater, et begrep som brukes i industrien, kan være laget av halvledermaterialer som Si eller SiC, eller ikke-halvledermaterialer som safir eller glass. Bortsett fra LED- og panelindustrien, er silisiumskiver de mest brukte substratene. Epitaksi refererer til prosessen med å dyrke et nytt tynnfilmmateriale på underlaget, med vanlige materialer som Si, SiC, GaN, GaAs, etc. Epitaksi gir betydelig fleksibilitet for enhetsdesignere for å optimere enhetens ytelse ved å kontrollere faktorer som dopingtykkelsen, konsentrasjon og profil av epitaksiallaget, uavhengig av underlaget. Denne kontrollen oppnås gjennom doping under den epitaksiale vekstprosessen.

Hva omfatter front-end-prosessen i halvlederproduksjon?

Front-end-prosessen er den mest teknisk komplekse og kapitalintensive delen av halvlederproduksjon, som krever gjentakelse av de samme prosedyrene flere ganger, derfor kalt en "syklisk prosess." Det inkluderer først og fremst rengjøring, oksidasjon, fotolitografi, etsing, ioneimplantasjon, diffusjon, utglødning, tynnfilmavsetning og polering.

Hvordan beskytter belegg halvlederproduksjonsutstyr?

Halvlederproduksjonsutstyr opererer i høytemperatur, svært korrosive miljøer og krever ekstremt høy renslighet. Beskyttelse av de interne komponentene i utstyret er derfor en avgjørende utfordring. Beleggteknologi forbedrer og beskytter basismaterialene ved å danne et tynt dekklag på overflatene. Denne tilpasningen gjør at basismaterialene tåler mer ekstreme og komplekse produksjonsmiljøer, og forbedrer deres høytemperaturstabilitet, korrosjonsbestandighet, oksidasjonsmotstand og forlenger levetiden.

Hvorfor er detSiC beleggBetydelig i Silicon Substrate Manufacturing Domain?

I silisiumkrystallvekstovner kan høytemperatur silisiumdamp rundt 1500 °C korrodere grafitt- eller karbon-karbonmaterialkomponenter betydelig. Påføring av høy renhetSiC beleggpå disse komponentene kan effektivt blokkere silisiumdamp og forlenge komponentenes levetid.

Produksjonsprosessen av halvledersilisiumskiver er kompleks, og involverer mange trinn, med krystallvekst, silisiumplatedannelse og epitaksial vekst som de primære stadiene. Krystallvekst er kjerneprosessen i produksjon av silisiumwafer. Under klargjøringsfasen med enkeltkrystaller bestemmes avgjørende tekniske parametere som waferdiameter, krystallorientering, dopingkonduktivitetstype, resistivitetsområde og fordeling, karbon- og oksygenkonsentrasjon og gitterdefekter. Enkeltkrystall silisium fremstilles vanligvis ved å bruke enten Czochralski (CZ) metoden eller Float Zone (FZ) metoden. CZ-metoden er den mest brukte, og står for omtrent 85 % av silisiumenkelkrystallene. 12-tommers silisiumskiver kan kun produseres med CZ-metoden. Denne metoden innebærer å plassere polysilisiummateriale med høy renhet i en kvartsdigel, smelte den under beskyttelse av inertgass med høy renhet, og deretter sette inn en enkrystall silisiumfrø i smelten. Når frøet trekkes opp, vokser krystallen til en monokrystallinsk silisiumstav.

Hvordan erTaC beleggUtvikler du med PVT-metoder?

De iboende egenskapene til SiC (mangel på en Si:C=1:1 væskefase ved atmosfærisk trykk) gjør enkeltkrystallvekst utfordrende. For tiden inkluderer vanlige metoder fysisk damptransport (PVT), høytemperatur kjemisk dampavsetning (HT-CVD) og væskefaseepitaxi (LPE). Blant disse er PVT den mest brukte på grunn av lavere utstyrskrav, enklere prosess, sterk kontrollerbarhet og etablerte industrielle applikasjoner.

PVT-metoden tillater kontroll over aksiale og radielle temperaturfelt ved å justere de termiske isolasjonsforholdene utenfor grafittdigelen. SiC-pulver plasseres i den varmere bunnen av grafittdigelen, mens SiC-frøkrystallen er festet på den kjøligere toppen. Avstanden mellom pulveret og frøet er vanligvis kontrollert til flere titalls millimeter for å unngå kontakt mellom den voksende SiC-krystallen og pulveret. Ved å bruke forskjellige oppvarmingsmetoder (induksjons- eller motstandsoppvarming), varmes SiC-pulveret til 2200-2500°C, noe som får det originale pulveret til å sublimere og dekomponeres til gassformige komponenter som Si, Si2C og SiC2. Disse gassene transporteres til frøkrystallenden ved konveksjon, hvor SiC krystalliserer, og oppnår en-krystallvekst. Den typiske veksthastigheten er 0,2-0,4 mm/t, noe som krever 7-14 dager for å dyrke en 20-30 mm krystallbarre.

Tilstedeværelsen av karboninneslutninger i PVT-dyrkede SiC-krystaller er en betydelig defektkilde, som bidrar til mikrorør og polymorfe defekter, som forringer kvaliteten på SiC-krystaller og begrenser ytelsen til SiC-baserte enheter. Generelt er grafitisering av SiC-pulver og en karbonrik vekstfront anerkjente kilder til karboninneslutninger: 1) Under SiC-pulverdekomponering akkumuleres Si-damp i gassfasen mens C konsentreres i den faste fasen, noe som fører til alvorlig karbonisering av pulveret sent i veksten. Når karbonpartikler i pulveret overvinner tyngdekraften og diffunderer inn i SiC-blokken, dannes karboninneslutninger. 2) Under Si-rike forhold reagerer overflødig Si-damp med grafittdigelveggen, og danner et tynt SiC-lag som lett kan brytes ned til karbonpartikler og Si-holdige komponenter.

To tilnærminger kan løse disse problemene: 1) Filtrer karbonpartikler fra sterkt karbonisert SiC-pulver sent i vekst. 2) Hindre Si-damp fra å korrodere grafittdigelveggen. Mange karbider, som TaC, kan fungere stabilt over 2000 °C og motstå kjemisk korrosjon av syrer, alkalier, NH3, H2 og Si-damp. Med økende kvalitetskrav til SiC-skiver, blir bruken av TaC-belegg i SiC-krystallvekstteknologi undersøkt industrielt. Studier viser at SiC-krystaller fremstilt ved bruk av TaC-belagte grafittkomponenter i PVT-vekstovner er renere, med betydelig reduserte defekttettheter, noe som forbedrer krystallkvaliteten betydelig.

a) PorøsTaC eller TaC-belagt porøs grafitt: Filtrerer karbonpartikler, forhindrer diffusjon inn i krystallen og sikrer jevn luftstrøm.

b)TaC-belagtringer: Isoler Si-damp fra grafittdigelveggen, og hindrer digelveggkorrosjon av Si-damp.

c)TaC-belagtstrømningsledere: Isoler Si-damp fra grafittdigelveggen mens luftstrømmen rettes mot frøkrystallen.

d)TaC-belagtFrøkrystallholdere: Isoler Si-damp fra digelens toppdeksel for å forhindre korrosjon av toppdekselet av Si-damp.

Hvordan gjør detCVD SiC beleggFordel i GaN Substrate Manufacturing?

For tiden begynner den kommersielle produksjonen av GaN-substrater med å lage et bufferlag (eller maskelag) på et safirsubstrat. Hydrogen Vapor Phase Epitaxy (HVPE) brukes deretter til raskt å dyrke en GaN-film på dette bufferlaget, etterfulgt av separasjon og polering for å oppnå et frittstående GaN-substrat. Hvordan fungerer HVPE i kvartsreaktorer med atmosfærisk trykk, gitt kravet til både lav- og høytemperatur kjemiske reaksjoner?

I lavtemperatursonen (800-900°C) reagerer gassformig HCl med metallisk Ga for å produsere gassformig GaCl.

I høytemperatursonen (1000-1100°C) reagerer gassformig GaCl med gassformig NH3 for å danne en GaN enkrystallfilm.

Hva er de strukturelle komponentene til HVPE-utstyr, og hvordan er de beskyttet mot korrosjon? HVPE-utstyr kan være enten horisontalt eller vertikalt, bestående av komponenter som galliumbåten, ovnskroppen, reaktoren, gasskonfigurasjonssystem og eksosanlegg. Grafittbrett og stenger, som kommer i kontakt med NH3, er utsatt for korrosjon og kan beskyttes med enSiC beleggfor å hindre skade.

Hva er viktigheten av CVD-teknologi fremfor GaN-epitaksiproduksjon?

I feltet av halvlederenheter, hvorfor er det nødvendig å konstruere epitaksiale lag på visse wafer-substrater? Et typisk eksempel inkluderer blågrønne lysdioder, som krever GaN epitaksiale lag på safirunderlag. MOCVD-utstyr er avgjørende i produksjonsprosessen for GaN-epitaksi, med de ledende leverandørene AMEC, Aixtron og Veeco i Kina.

Hvorfor kan ikke substrater plasseres direkte på metall eller enkle baser under epitaksial avsetning i MOCVD-systemer? Faktorer som gassstrømretning (horisontal, vertikal), temperatur, trykk, substratfiksering og forurensning fra rusk må tas i betraktning. Derfor brukes en susceptor med lommer for å holde substratene, og epitaksial avsetning utføres ved bruk av CVD-teknologi på substrater plassert i disse lommene. Desusceptor er en grafittbase med SiC-belegg.

Hva er den kjemiske kjernereaksjonen i GaN-epitaksi, og hvorfor er kvaliteten på SiC-belegget avgjørende? Kjernereaksjonen er NH3 + TMGa → GaN + biprodukter (ved ca. 1050-1100°C). Imidlertid brytes NH3 termisk ned ved høye temperaturer, og frigjør atomært hydrogen, som reagerer sterkt med karbonet i grafitt. Siden NH3/H2 ikke reagerer med SiC ved 1100°C, er den fullstendige innkapslingen av og kvaliteten på SiC-belegget avgjørende for prosessen.

Hvordan påføres belegg i ordinære typer reaksjonskamre innen SiC-epitaksiproduksjon?

SiC er et typisk polytypisk materiale med over 200 forskjellige krystallstrukturer, hvorav 3C-SiC, 4H-SiC og 6H-SiC er de vanligste. 4H-SiC er krystallstrukturen som hovedsakelig brukes i vanlige enheter. En vesentlig faktor som påvirker krystallstrukturen er reaksjonstemperaturen. Temperaturer under en bestemt terskel har en tendens til å produsere andre krystallformer. Den optimale reaksjonstemperaturen er mellom 1550 og 1650°C; temperaturer under 1550°C er mer sannsynlig å gi 3C-SiC og andre strukturer. Imidlertid er 3C-SiC ofte brukt iSiC-belegg, og en reaksjonstemperatur på rundt 1600°C er nær grensen på 3C-SiC. Selv om dagens bruk av TaC-belegg er begrenset av kostnadsproblemer, på lang sikt,TaC-beleggforventes gradvis å erstatte SiC-belegg i SiC-epitaksialt utstyr.

For tiden er det tre hovedtyper av CVD-systemer for SiC-epitaksi: planetarisk varmvegg, horisontal varmvegg og vertikal varmvegg. Det planetariske hot-wall CVD-systemet er preget av dets evne til å dyrke flere wafere i en enkelt batch, noe som resulterer i høy produksjonseffektivitet. Det horisontale varmvegg-CVD-systemet involverer typisk et enkelt-wafer, stor vekstsystem drevet av gassflottrotasjon, noe som muliggjør utmerkede spesifikasjoner for intra-wafer. Det vertikale CVD-systemet med varme vegger har hovedsakelig høyhastighetsrotasjon assistert av en ekstern mekanisk base. Den reduserer effektivt tykkelsen på grenselaget ved å opprettholde lavere reaksjonskammertrykk, og øker dermed den epitaksiale veksthastigheten. I tillegg mangler kammerdesignet en toppvegg som kan føre til SiC-partikkelavsetning, noe som minimerer risikoen for partikkelavfall og gir en iboende fordel i defektkontroll.

For høytemperatur termisk prosessering, hva er bruken avCVD SiCi rørovnsutstyr?

Rørovnsutstyr er mye brukt i prosesser som oksidasjon, diffusjon, tynnfilmvekst, gløding og legering i halvlederindustrien. Det er to hovedtyper: horisontal og vertikal. For tiden bruker IC-industrien primært vertikale rørovner. Avhengig av prosesstrykk og bruk, kan rørovnsutstyr kategoriseres i atmosfærisk trykkovner og lavtrykksovner. Atmosfæriske trykkovner brukes hovedsakelig til termisk diffusjonsdoping, tynnfilmoksidasjon og høytemperaturgløding, mens lavtrykksovner er designet for vekst av ulike typer tynne filmer (som LPCVD og ALD). Strukturene til forskjellig rørovnsutstyr er like, og de kan konfigureres fleksibelt for å utføre diffusjons-, oksidasjons-, annealing-, LPCVD- og ALD-funksjoner etter behov. Høyrente sintrede SiC-rør, SiC-waferbåter og SiC-foringsvegger er essensielle komponenter inne i reaksjonskammeret til rørovnsutstyr. Avhengig av kundens behov, i tilleggSiC belegglag kan påføres overflaten av sintret SiC-keramikk for å forbedre ytelsen.

I feltet for fotovoltaisk granulær silisiumproduksjon, hvorfor er detSiC beleggSpiller du en sentral rolle?

Polysilisium, avledet fra metallurgisk silisium (eller industrielt silisium), er et ikke-metallisk materiale renset gjennom en rekke fysiske og kjemiske reaksjoner for å oppnå et silisiuminnhold som overstiger 99,9999 % (6N). I det fotovoltaiske feltet blir polysilisium behandlet til wafere, celler og moduler, som til slutt brukes i fotovoltaiske kraftgenereringssystemer, noe som gjør polysilisium til en avgjørende oppstrømskomponent i den fotovoltaiske industrikjeden. For tiden er det to teknologiske ruter for polysilisiumproduksjon: den modifiserte Siemens-prosessen (som gir stavlignende silisium) og silan-fluidisert sjiktprosessen (som gir granulært silisium). I den modifiserte Siemens-prosessen reduseres høyrent SiHCl3 av høyrent hydrogen på en silisiumkjerne med høy renhet ved rundt 1150 °C, noe som resulterer i polysilisiumavsetning på silisiumkjernen. Silan-fluidisert sjiktprosessen bruker typisk SiH4 som silisiumkildegass og H2 som bærergass, med tilsetning av SiCl4 for å termisk dekomponere SiH4 i en fluidisert sjiktreaktor ved 600-800°C for å produsere granulært polysilisium. Den modifiserte Siemens-prosessen forblir den vanlige produksjonsruten for polysilisium på grunn av sin relativt modne produksjonsteknologi. Imidlertid, ettersom selskaper som GCL-Poly og Tianhong Reike fortsetter å fremme granulær silisiumteknologi, kan silan-virvelsjiktprosessen vinne markedsandeler på grunn av lavere kostnader og reduserte karbonavtrykk.

Produktrenhetskontroll har historisk sett vært et svakt punkt i fluidisert sjiktprosessen, som er en primær grunn til at den ikke har overgått Siemens-prosessen til tross for dens betydelige kostnadsfordeler. Foringen fungerer som hovedstrukturen og reaksjonsbeholderen i silan-fluidisert sjiktprosessen, og beskytter metallskallet til reaktoren mot erosjon og slitasje fra høytemperaturgasser og -materialer, mens den isolerer og opprettholder materialets temperatur. På grunn av de tøffe arbeidsforholdene og direkte kontakt med granulært silisium, må foringsmaterialet ha høy renhet, slitestyrke, korrosjonsbestandighet og høy styrke. Vanlige materialer inkluderer grafitt med enSiC belegg. Ved faktisk bruk er det imidlertid forekomster av avskalling/sprekker av belegg som fører til for høyt karboninnhold i granulært silisium, noe som resulterer i kort levetid for grafittforinger og behov for regelmessig utskifting, og klassifiserer dem som forbruksvarer. De tekniske utfordringene knyttet til SiC-belagt fluidisert sjiktmateriale og deres høye kostnader hindrer markedsadopsjonen av silan fluidisert sjiktprosessen og må adresseres for bredere anvendelse.

I hvilke applikasjoner brukes pyrolytisk grafittbelegg?

Pyrolytisk grafitt er et nytt karbonmateriale som består av hydrokarboner med høy renhet som er kjemisk dampavsatt ved ovnstrykk mellom 1800 °C og 2000 °C, noe som resulterer i svært krystallografisk orientert pyrolytisk karbon. Den har høy tetthet (2,20 g/cm³), høy renhet og anisotropiske termiske, elektriske, magnetiske og mekaniske egenskaper. Den kan opprettholde et vakuum på 10 mmHg selv ved ca. 1800 °C, og finner et bredt brukspotensiale innen felt som romfart, halvledere, solceller og analytiske instrumenter.

I rød-gul LED-epitaksi og visse spesielle scenarier krever MOCVD-taket ikke SiC-beleggbeskyttelse og bruker i stedet en pyrolytisk grafittbeleggløsning.

Digler for elektronstrålefordampning av aluminium krever høy tetthet, høy temperaturbestandighet, god termisk sjokkmotstand, høy varmeledningsevne, lav termisk ekspansjonskoeffisient og motstand mot korrosjon av syrer, alkalier, salter og organiske reagenser. Siden det pyrolytiske grafittbelegget deler det samme materialet som grafittdigelen, kan den effektivt motstå høy-lav temperatur-sykling, noe som forlenger levetiden til grafittdigelen.**