SiC және TaC жабыны: жоғары температуралық қуатты жартылай өңдеудегі графит қабылдағыштары үшін түпкілікті қорғаныс

Кең диапазонды (WBG) жартылай өткізгіштер әлемінде, егер жетілдірілген өндіріс процесі «жан» болса, графит қабылдағыш «арқа» болып табылады, ал оның беткі қабаты маңызды «тері» болып табылады. Қалыңдығы тек ондаған микрон болатын бұл жабын қатал термохимиялық ортада қымбат тұратын графит материалдарының қызмет ету мерзімін белгілейді. Ең бастысы, ол эпитаксиалды өсудің тазалығы мен шығымдылығына тікелей әсер етеді.

Қазіргі уақытта өнеркәсіпте екі негізгі CVD (химиялық буларды тұндыру) жабу шешімдері басым:Кремний карбиді (SiC) жабыныжәнеТантал карбиді (TaC) жабыны. Екеуі де маңызды рөлдерді атқарғанымен, олардың физикалық шектеулері келесі ұрпақтың өндірісінің барған сайын қатал талаптарына тап болған кезде айқын алшақтық тудырады.

1. CVD SiC жабыны: жетілген түйіндерге арналған салалық стандарт

Жартылай өткізгішті өңдеудің жаһандық эталоны ретінде CVD SiC жабыны GaN MOCVD сенсорлары мен стандартты SiC эпитаксиалды (Epi) жабдықтары үшін «баратын» шешім болып табылады. Оның негізгі артықшылықтары мыналарды қамтиды:

Жоғары герметикалық тығыздау: тығыздығы жоғары SiC жабыны графит бетінің микрокеуектерін тиімді түрде нығыздап, көміртегі шаңы мен субстрат қоспаларының жоғары температурада газдан шығуына жол бермейтін берік физикалық тосқауыл жасайды.

Жылу өрісінің тұрақтылығы: графиттік негіздерге тығыз сәйкес келетін термиялық кеңею коэффициентімен (CTE) SiC жабындары стандартты 1000°C және 1600°C эпитаксиалды температура терезесінде тұрақты және сызатсыз болып қалады.

Шығындық тиімділік: қуат құрылғыларының негізгі өндірісінің көпшілігі үшін SiC жабыны өнімділік үнемділікке сәйкес келетін «тәтті нүкте» болып қала береді.

Өнеркәсіптің 8 дюймдік SiC пластинкаларына ауысуымен PVT (физикалық бу тасымалдау) кристалының өсуі одан да төтенше орталарды қажет етеді. Температура сыни 2000°C шегінен өткенде, дәстүрлі жабындар өнімділік қабырғасына соғылады. Бұл жерде CVD TaC жабыны ойынды өзгертеді:

Теңдессіз термодинамикалық тұрақтылық: тантал карбиді (TaC) 3880°C балқу температурасына ие. Crystal Growth журналындағы зерттеулерге сәйкес, SiC жабындары 2200°C жоғары температурада «сәйкес емес буланудан» өтеді, мұнда кремний көміртегіге қарағанда тезірек сублимацияланады, бұл құрылымдық деградацияға және бөлшектердің ластануына әкеледі. Керісінше, TaC буының қысымы 3-тен 4-ке дейінкристалдық өсу үшін таза жылу өрісін сақтай отырып, SiC шамасынан төмен.

Жоғары химиялық инерттілік: H₂ (сутегі) және NH₃ (аммиак) бар атмосфераны азайту кезінде TaC ерекше химиялық тұрақтылық көрсетеді. Материалтану эксперименттері жоғары температурадағы сутегідегі TaC массасын жоғалту жылдамдығы SiC-тен айтарлықтай төмен екенін көрсетеді, бұл жіптердің дислокациясын азайту және эпитаксиалды қабаттардағы интерфейс сапасын жақсарту үшін өте маңызды.

3. Негізгі салыстыру: Процесс терезесіне қарай қалай таңдауға болады

Осы екеуінің бірін таңдау қарапайым ауыстыру туралы емес, «Процесс терезесімен» дәл туралау туралы.

Шығымды оңтайландыру - бұл бір секіріс емес, материалды дәл сәйкестендірудің нәтижесі. Егер сіз SiC кристалының өсуіндегі «көміртек қосындыларымен» күресіп жатсаңыз немесе коррозиялық ортада бөлшектердің қызмет ету мерзімін ұзарту арқылы шығын материалдарының құнын (CoC) қысқартқыңыз келсе, SiC-тен TaC-қа дейін жаңарту көбінесе тығырықтан шығудың кілті болып табылады.

Жетілдірілген жартылай өткізгіш жабын материалдарының арнайы әзірлеушісі ретінде VeTek Semiconductor CVD SiC және TaC технологиялық жолдарын игерді. Біздің тәжірибеміз көрсеткендей, «ең жақсы» материал жоқ — тек белгілі бір температура мен қысым режимі үшін ең тұрақты шешім. Тұндыру біркелкілігін дәл бақылау арқылы біз өз тұтынушыларымызға 8 дюймдік кеңею дәуірінде пластинаның кірістілігінің шекарасын көтеруге мүмкіндік береміз.

Авторы:Сера Ли

Анықтамалар:

[1] «Жоғары температуралы ортадағы SiC және TaC буының қысымы және булануы», Crystal Growth журналы.

[2] «Атмосфераны азайтудағы отқа төзімді металл карбидтерінің химиялық тұрақтылығы», Материалдар химиясы және физикасы.

[3] "TaC-қапталған компоненттерді пайдалану арқылы үлкен өлшемді SiC бір кристалды өсудегі ақауларды бақылау", Материалтану форумы.