Hjem > Nyheder > Virksomhedsnyheder

Hvad er anvendelserne af SiC- og TaC-belægninger på halvlederområdet?

2024-11-18

Hvordan er halvledersektoren bredt defineret, og hvad er dens hovedkomponenter?


Halvledersektoren refererer bredt til brugen af ​​halvledermaterialers egenskaber til at producere halvlederintegrerede kredsløb (IC'er), halvlederskærme (LCD/OLED-paneler), halvlederbelysning (LED) og halvlederenergiprodukter (fotovoltaik) gennem relaterede halvlederfremstillingsprocesser. Integrerede kredsløb tegner sig for op til 80% af denne sektor, så snævert set refererer halvlederindustrien ofte specifikt til IC-industrien.


I det væsentlige involverer halvlederfremstilling at skabe kredsløbsstrukturer på et "substrat" ​​og forbinde dette kredsløb til eksterne strøm- og kontrolsystemer for at opnå forskellige funktionaliteter. Substrater, et udtryk, der bruges i industrien, kan være lavet af halvledermaterialer som Si eller SiC, eller ikke-halvledermaterialer som safir eller glas. Bortset fra LED- og panelindustrien er siliciumwafers de mest almindeligt anvendte substrater. Epitaksi refererer til processen med at dyrke et nyt tyndfilmsmateriale på substratet, hvor almindelige materialer er Si, SiC, GaN, GaAs osv. Epitaksi giver betydelig fleksibilitet for enhedsdesignere til at optimere enhedens ydeevne ved at kontrollere faktorer som dopingtykkelsen, koncentration og profil af epitaksiallaget, uafhængigt af substratet. Denne kontrol opnås gennem doping under den epitaksiale vækstproces.


Hvad omfatter front-end-processen i halvlederfremstilling?


Front-end-processen er den mest teknisk komplekse og kapitalintensive del af halvlederfremstilling, der kræver gentagelse af de samme procedurer flere gange, og derfor kaldet en "cyklisk proces." Det omfatter primært rensning, oxidation, fotolitografi, ætsning, ionimplantation, diffusion, udglødning, tyndfilmsaflejring og polering.


Hvordan beskytter belægninger halvlederproduktionsudstyr?


Semiconductor-fremstillingsudstyr fungerer i høje temperaturer, stærkt korrosive miljøer og kræver ekstrem høj renlighed. Beskyttelse af udstyrets interne komponenter er således en afgørende udfordring. Belægningsteknologi forbedrer og beskytter basismaterialerne ved at danne et tyndt dæklag på deres overflader. Denne tilpasning gør det muligt for basismaterialerne at modstå mere ekstreme og komplekse produktionsmiljøer, hvilket forbedrer deres højtemperaturstabilitet, korrosionsbestandighed, oxidationsbestandighed og forlænger deres levetid.


Hvorfor erSiC belægningBetydende i Silicium Substrate Manufacturing Domain?


I siliciumkrystalvækstovne kan højtemperatur siliciumdampe omkring 1500°C i betydelig grad korrodere grafit- eller kulstof-kulstof-materialekomponenter. Anvendelse af høj renhedSiC belægningpå disse komponenter effektivt kan blokere siliciumdamp og forlænge komponenternes levetid.


Produktionsprocessen af ​​halvledersiliciumwafers er kompleks og involverer adskillige trin, hvor krystalvækst, siliciumwaferdannelse og epitaksial vækst er de primære stadier. Krystalvækst er kerneprocessen i siliciumwaferproduktion. Under enkeltkrystalpræparationsfasen bestemmes afgørende tekniske parametre såsom waferdiameter, krystalorientering, dopingkonduktivitetstype, resistivitetsområde og fordeling, kulstof- og oxygenkoncentration og gitterdefekter. Enkeltkrystal silicium fremstilles typisk ved hjælp af enten Czochralski (CZ) metoden eller Float Zone (FZ) metoden. CZ-metoden er den mest almindeligt anvendte og tegner sig for omkring 85% af siliciumenkeltkrystaller. 12-tommer silicium wafers kan kun fremstilles ved hjælp af CZ-metoden. Denne metode involverer at placere polysiliciummateriale med høj renhed i en kvartsdigel, smelte det under beskyttelse af inert gas med høj renhed og derefter indsætte et enkeltkrystal siliciumfrø i smelten. Når frøet trækkes op, vokser krystallen til en monokrystallinsk siliciumstav.



Hvordan erTaC belægningUdvikling med PVT-metoder?


SiC's iboende egenskaber (manglen på en Si:C=1:1 væskefase ved atmosfærisk tryk) gør enkeltkrystalvækst udfordrende. I øjeblikket omfatter almindelige metoder fysisk damptransport (PVT), højtemperatur kemisk dampaflejring (HT-CVD) og væskefaseepitaxi (LPE). Blandt disse er PVT den mest udbredte på grund af dets lavere udstyrskrav, enklere proces, stærke kontrollerbarhed og etablerede industrielle applikationer.


PVT-metoden tillader kontrol over aksiale og radiale temperaturfelter ved at justere de termiske isoleringsbetingelser uden for grafitdigelen. SiC-pulver placeres i den varmere bund af grafitdigelen, mens SiC-frøkrystallen er fikseret i den køligere top. Afstanden mellem pulveret og frøet styres typisk til flere titusinder af millimeter for at undgå kontakt mellem den voksende SiC-krystal og pulveret. Ved hjælp af forskellige opvarmningsmetoder (induktions- eller modstandsopvarmning) opvarmes SiC-pulveret til 2200-2500°C, hvilket får det originale pulver til at sublimere og nedbrydes til gasformige komponenter såsom Si, Si2C og SiC2. Disse gasser transporteres til frøkrystalenden ved konvektion, hvor SiC krystalliserer og opnår enkeltkrystalvækst. Den typiske væksthastighed er 0,2-0,4 mm/t, hvilket kræver 7-14 dage at dyrke en 20-30 mm krystalbarre.


Tilstedeværelsen af ​​kulstofindeslutninger i PVT-dyrkede SiC-krystaller er en væsentlig defektkilde, der bidrager til mikrorør og polymorfe defekter, som forringer kvaliteten af ​​SiC-krystaller og begrænser ydeevnen af ​​SiC-baserede enheder. Generelt er grafitiseringen af ​​SiC-pulver og en kulstofrig vækstfront anerkendte kilder til kulstofindeslutninger: 1) Under SiC-pulvernedbrydning akkumuleres Si-damp i gasfasen, mens C koncentreres i den faste fase, hvilket fører til alvorlig forkulning af pulveret sent i væksten. Når kulstofpartikler i pulveret overvinder tyngdekraften og diffunderer ind i SiC-barren, dannes der kulstofindeslutninger. 2) Under Si-rige forhold reagerer overskydende Si-damp med grafitdigelens væg og danner et tyndt SiC-lag, der let kan nedbrydes til kulstofpartikler og Si-holdige komponenter.


To tilgange kan løse disse problemer: 1) Filtrer kulstofpartikler fra stærkt forkullede SiC-pulver sent i væksten. 2) Undgå, at Si-damp korroderer grafitdigelens væg. Mange karbider, såsom TaC, kan fungere stabilt over 2000°C og modstå kemisk korrosion af syrer, baser, NH3, H2 og Si-dampe. Med stigende kvalitetskrav til SiC-wafere udforskes anvendelsen af ​​TaC-belægninger i SiC-krystalvækstteknologi industrielt. Undersøgelser viser, at SiC-krystaller fremstillet ved hjælp af TaC-belagte grafitkomponenter i PVT-vækstovne er renere med betydeligt reducerede defekttætheder, hvilket væsentligt forbedrer krystalkvaliteten.


a) PorøsTaC eller TaC-belagt porøs grafit: Filtrerer kulstofpartikler, forhindrer diffusion ind i krystallen og sikrer ensartet luftstrøm.


b)TaC-belagtringe: Isoler Si-damp fra grafitdigelens væg, hvilket forhindrer digelvægskorrosion med Si-damp.


c)TaC-belagtstrømningsledere: Isoler Si-damp fra grafitdigelens væg, mens luftstrømmen rettes mod frøkrystallen.


d)TaC-belagtfrøkrystalholdere: Isoler Si-damp fra digelens topdæksel for at forhindre, at topdækslet korrosion af Si-damp.



Hvordan gørCVD SiC belægningFordele ved GaN Substrate Manufacturing?


I øjeblikket begynder den kommercielle produktion af GaN-substrater med skabelsen af ​​et bufferlag (eller maskelag) på et safirsubstrat. Hydrogen Vapor Phase Epitaxy (HVPE) bruges derefter til hurtigt at dyrke en GaN-film på dette bufferlag, efterfulgt af adskillelse og polering for at opnå et fritstående GaN-substrat. Hvordan fungerer HVPE i kvartsreaktorer med atmosfærisk tryk, givet dets krav til både lav- og højtemperaturkemiske reaktioner?


I lavtemperaturzonen (800-900°C) reagerer gasformig HCl med metallisk Ga for at producere gasformig GaCl.


I højtemperaturzonen (1000-1100°C) reagerer gasformig GaCl med gasformig NH3 til dannelse af en GaN enkeltkrystalfilm.


Hvad er de strukturelle komponenter i HVPE-udstyr, og hvordan beskyttes de mod korrosion? HVPE-udstyr kan være enten vandret eller lodret, bestående af komponenter såsom galliumbåden, ovnlegemet, reaktoren, gaskonfigurationssystem og udstødningssystem. Grafitbakker og stænger, som kommer i kontakt med NH3, er modtagelige for korrosion og kan beskyttes med enSiC belægningfor at forhindre skader.



Hvad er betydningen af ​​CVD-teknologi i forhold til GaN Epitaxy Manufacturing?


Inden for halvlederenheder, hvorfor er det nødvendigt at konstruere epitaksiale lag på visse wafer-substrater? Et typisk eksempel inkluderer blågrønne LED'er, som kræver GaN epitaksiale lag på safirsubstrater. MOCVD-udstyr er afgørende i GaN-epitaksiproduktionsprocessen, hvor de førende leverandører er AMEC, Aixtron og Veeco i Kina.


Hvorfor kan substrater ikke placeres direkte på metal eller simple baser under epitaksial aflejring i MOCVD-systemer? Faktorer som gasstrømningsretning (vandret, lodret), temperatur, tryk, substratfiksering og forurening fra affald skal tages i betragtning. Derfor bruges en susceptor med lommer til at holde substraterne, og epitaksial aflejring udføres ved hjælp af CVD-teknologi på substrater placeret i disse lommer. Desusceptor er en grafitbase med en SiC-belægning.


Hvad er den kemiske kernereaktion i GaN-epitaksi, og hvorfor er kvaliteten af ​​SiC-belægningen afgørende? Kernereaktionen er NH3 + TMGa → GaN + biprodukter (ved ca. 1050-1100°C). Imidlertid nedbrydes NH3 termisk ved høje temperaturer og frigiver atomart brint, som reagerer kraftigt med kulstoffet i grafit. Da NH3/H2 ikke reagerer med SiC ved 1100°C, er den fuldstændige indkapsling af og kvaliteten af ​​SiC-belægningen afgørende for processen.


Inden for SiC-epitaksifremstilling, hvordan påføres belægninger inden for almindelige typer reaktionskamre?


SiC er et typisk polytypisk materiale med over 200 forskellige krystalstrukturer, blandt hvilke 3C-SiC, 4H-SiC og 6H-SiC er de mest almindelige. 4H-SiC er den krystalstruktur, der overvejende anvendes i almindelige enheder. En væsentlig faktor, der påvirker krystalstrukturen, er reaktionstemperaturen. Temperaturer under en specifik tærskel har en tendens til at producere andre krystalformer. Den optimale reaktionstemperatur er mellem 1550 og 1650°C; temperaturer under 1550°C er mere tilbøjelige til at give 3C-SiC og andre strukturer. 3C-SiC er dog almindeligt anvendt iSiC belægninger, og en reaktionstemperatur på omkring 1600°C er tæt på grænsen på 3C-SiC. Selvom den nuværende anvendelse af TaC-belægninger er begrænset af omkostningsproblemer, på lang sigt,TaC belægningerforventes gradvist at erstatte SiC-belægninger i SiC-epitaksialt udstyr.


I øjeblikket er der tre hovedtyper af CVD-systemer til SiC-epitaksi: planetarisk hot-wall, horisontal hot-wall og vertikal hot-wall. Det planetariske hot-wall CVD-system er kendetegnet ved dets evne til at dyrke flere wafere i en enkelt batch, hvilket resulterer i høj produktionseffektivitet. Det horisontale hot-wall CVD-system involverer typisk et enkelt-wafer, stort vækstsystem drevet af gasfloat-rotation, hvilket letter fremragende intra-wafer-specifikationer. Det vertikale hot-wall CVD-system har hovedsageligt højhastighedsrotation assisteret af en ekstern mekanisk base. Det reducerer effektivt tykkelsen af ​​grænselaget ved at opretholde et lavere reaktionskammertryk, hvilket øger den epitaksiale væksthastighed. Derudover mangler dens kammerdesign en topvæg, der kan føre til SiC-partikelaflejring, hvilket minimerer risikoen for partikelnedfald og giver en iboende fordel i defektkontrol.



Hvad er anvendelserne til højtemperatur termisk behandlingCVD SiCi rørovnsudstyr?


Rørovnsudstyr er meget udbredt i processer som oxidation, diffusion, tyndfilmvækst, udglødning og legering i halvlederindustrien. Der er to hovedtyper: vandret og lodret. I øjeblikket bruger IC-industrien primært vertikale rørovne. Afhængigt af procestryk og anvendelse kan rørovnsudstyr kategoriseres i atmosfæriske trykovne og lavtryksovne. Atmosfæriske trykovne bruges hovedsageligt til termisk diffusionsdoping, tyndfilmoxidation og højtemperaturudglødning, mens lavtryksovne er designet til vækst af forskellige typer tyndfilm (såsom LPCVD og ALD). Strukturerne af forskelligt rørovnsudstyr ligner hinanden, og de kan konfigureres fleksibelt til at udføre diffusions-, oxidations-, udglødnings-, LPCVD- og ALD-funktioner efter behov. Sintrede SiC-rør med høj renhed, SiC-waferbåde og SiC-foringsvægge er væsentlige komponenter inde i reaktionskammeret i rørovnsudstyr. Afhængigt af kundens krav, en ekstraSiC belægninglag kan påføres overfladen af ​​sintret SiC-keramik for at forbedre ydeevnen.



Inden for fotovoltaisk granulær siliciumfremstilling, hvorfor er detSiC belægningSpiller en afgørende rolle?


Polysilicium, afledt af silicium af metallurgisk kvalitet (eller industriel silicium), er et ikke-metallisk materiale renset gennem en række fysiske og kemiske reaktioner for at opnå et siliciumindhold på over 99,9999% (6N). På det fotovoltaiske område forarbejdes polysilicium til wafers, celler og moduler, som i sidste ende bruges i solcelleanlæg, hvilket gør polysilicium til en afgørende opstrømskomponent i den fotovoltaiske industrikæde. I øjeblikket er der to teknologiske veje til polysiliciumproduktion: den modificerede Siemens-proces (som giver stavlignende silicium) og silan-fluid bed-processen (som giver granulært silicium). I den modificerede Siemens-proces reduceres højrent SiHCl3 af højrent brint på en højrent siliciumkerne ved omkring 1150°C, hvilket resulterer i polysiliciumaflejring på siliciumkernen. Silan-fluid bed-processen anvender typisk SiH4 som siliciumkildegassen og H2 som bæregassen med tilsætning af SiCl4 for termisk at nedbryde SiH4 i en fluid bed-reaktor ved 600-800°C til fremstilling af granulært polysilicium. Den modificerede Siemens-proces forbliver den almindelige produktionsrute for polysilicium på grund af dens relativt modne produktionsteknologi. Men da virksomheder som GCL-Poly og Tianhong Reike fortsætter med at fremme granulær siliciumteknologi, kan silan fluid bed-processen vinde markedsandele på grund af dens lavere omkostninger og reducerede CO2-fodaftryk.


Produktrenhedskontrol har historisk set været et svagt punkt i fluid bed-processen, hvilket er en primær årsag til, at den ikke har overgået Siemens-processen på trods af dens betydelige omkostningsfordele. Foringen tjener som hovedstrukturen og reaktionsbeholderen i silan-fluid bed-processen, der beskytter reaktorens metalskal mod erosion og slid fra højtemperaturgasser og -materialer, mens den isolerer og opretholder materialets temperatur. På grund af de barske arbejdsforhold og direkte kontakt med granulært silicium skal foringsmaterialet udvise høj renhed, slidstyrke, korrosionsbestandighed og høj styrke. Almindelige materialer omfatter grafit med enSiC belægning. Men ved faktisk brug er der forekomster af afskalning/revner af belægningen, der fører til for højt kulstofindhold i granulært silicium, hvilket resulterer i en kort levetid for grafitforinger og behovet for regelmæssig udskiftning, hvilket klassificerer dem som forbrugsvarer. De tekniske udfordringer relateret til SiC-belagte fluid bed-beklædningsmaterialer og deres høje omkostninger hindrer markedsadoptionen af ​​silan fluid bed-processen og skal adresseres til en bredere anvendelse.


I hvilke applikationer anvendes pyrolytisk grafitbelægning?


Pyrolytisk grafit er et nyt kulstofmateriale, der består af kulbrinter med høj renhed, der er kemisk dampaflejret ved ovntryk mellem 1800°C og 2000°C, hvilket resulterer i stærkt krystallografisk orienteret pyrolytisk kulstof. Den har høj densitet (2,20 g/cm³), høj renhed og anisotropiske termiske, elektriske, magnetiske og mekaniske egenskaber. Den kan opretholde et vakuum på 10 mmHg selv ved ca. 1800°C, og finder et bredt anvendelsespotentiale inden for områder som rumfart, halvledere, solcelleanlæg og analytiske instrumenter.


I rød-gul LED-epitaxi og visse specielle scenarier kræver MOCVD-loftet ikke SiC-belægningsbeskyttelse og bruger i stedet en pyrolytisk grafitbelægningsløsning.


Digler til elektronstrålefordampning af aluminium kræver høj densitet, høj temperaturbestandighed, god termisk stødmodstand, høj termisk ledningsevne, lav termisk udvidelseskoefficient og modstandsdygtighed over for korrosion af syrer, alkalier, salte og organiske reagenser. Da den pyrolytiske grafitbelægning deler det samme materiale som grafitdigelen, kan den effektivt modstå høj-lav temperatur cykling, hvilket forlænger grafitdiglens levetid.**




X
We use cookies to offer you a better browsing experience, analyze site traffic and personalize content. By using this site, you agree to our use of cookies. Privacy Policy
Reject Accept