การเคลือบ SiC กับ TaC: สุดยอดเกราะสำหรับตัวรับกราไฟท์ในการประมวลผลแบบกึ่งกำลังอุณหภูมิสูง

ในโลกของเซมิคอนดักเตอร์แบบแถบความถี่กว้าง (WBG) หากกระบวนการผลิตขั้นสูงคือ "จิตวิญญาณ" ตัวรับกราไฟต์ก็คือ "แกนหลัก" และการเคลือบผิวของมันคือ "ผิวหนัง" ที่สำคัญ โดยทั่วไปการเคลือบนี้จะมีความหนาเพียงหลายสิบไมครอน ซึ่งกำหนดอายุการใช้งานของวัสดุสิ้นเปลืองกราไฟท์ราคาแพงในสภาพแวดล้อมเทอร์โมเคมีที่รุนแรง ที่สำคัญกว่านั้น มันส่งผลโดยตรงต่อความบริสุทธิ์และผลผลิตของการเจริญเติบโตของเยื่อบุผิว

ปัจจุบัน โซลูชันการเคลือบ CVD (Chemical Vapour Deposition) หลักๆ สองโซลูชันหลักครองอุตสาหกรรม:การเคลือบซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC)และการเคลือบแทนทาลัมคาร์ไบด์ (TaC). แม้ว่าทั้งสองจะทำหน้าที่สำคัญ แต่ขีดจำกัดทางกายภาพของทั้งคู่ก็สร้างความแตกต่างที่ชัดเจนเมื่อเผชิญกับความต้องการที่เข้มงวดมากขึ้นในการผลิตรุ่นต่อไป

1. การเคลือบ CVD SiC: มาตรฐานอุตสาหกรรมสำหรับโหนดที่โตเต็มที่

เนื่องจากเป็นเกณฑ์มาตรฐานสากลสำหรับการประมวลผลเซมิคอนดักเตอร์ การเคลือบ CVD SiC จึงเป็นโซลูชัน "ที่นำไปใช้ได้จริง" สำหรับตัวรับ GaN MOCVD และอุปกรณ์ SiC epitaxial (Epi) มาตรฐาน ข้อดีหลัก ได้แก่ :

การปิดผนึกสุญญากาศที่เหนือกว่า: การเคลือบ SiC ความหนาแน่นสูงปิดผนึกไมโครรูขุมขนของพื้นผิวกราไฟท์อย่างมีประสิทธิภาพ สร้างเกราะป้องกันทางกายภาพที่แข็งแกร่งที่ป้องกันฝุ่นคาร์บอนและสิ่งสกปรกของสารตั้งต้นไม่ให้ปล่อยก๊าซออกมาที่อุณหภูมิสูง

ความเสถียรของสนามความร้อน: ด้วยค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (CTE) ที่จับคู่อย่างใกล้ชิดกับซับสเตรตกราไฟท์ การเคลือบ SiC จึงมีความเสถียรและปราศจากการแตกร้าวภายในหน้าต่างอุณหภูมิ epitaxx มาตรฐานที่ 1000°C ถึง 1600°C

ความคุ้มค่าต่อต้นทุน: สำหรับการผลิตอุปกรณ์ไฟฟ้ากระแสหลักส่วนใหญ่ การเคลือบ SiC ยังคงเป็น "จุดที่น่าสนใจ" ที่ซึ่งประสิทธิภาพมาพบกับความคุ้มทุน

ด้วยการเปลี่ยนแปลงของอุตสาหกรรมไปสู่เวเฟอร์ SiC ขนาด 8 นิ้ว การเติบโตของคริสตัล PVT (Physical Vapor Transport) จึงต้องการสภาพแวดล้อมที่รุนแรงยิ่งขึ้นไปอีก เมื่ออุณหภูมิเกินเกณฑ์วิกฤติ 2000°C การเคลือบแบบดั้งเดิมจะกระทบผนังประสิทธิภาพ นี่คือจุดที่การเคลือบ CVD TaC กลายเป็นตัวเปลี่ยนเกม:

ความเสถียรทางอุณหพลศาสตร์ที่ไม่มีใครเทียบได้: แทนทาลัมคาร์ไบด์ (TaC) มีจุดหลอมเหลวที่น่าทึ่งที่ 3880°C จากการวิจัยใน Journal of Crystal Growth การเคลือบ SiC ได้รับการ "การระเหยที่ไม่สอดคล้องกัน" ที่อุณหภูมิสูงกว่า 2,200°C โดยที่ซิลิคอนจะระเหิดได้เร็วกว่าคาร์บอน ทำให้เกิดการย่อยสลายของโครงสร้างและการปนเปื้อนของอนุภาค ในทางตรงกันข้าม ความดันไอของ TaC คือ 3 ถึง 4ที่มีขนาดต่ำกว่า SiC เพื่อรักษาสนามความร้อนที่บริสุทธิ์สำหรับการเติบโตของคริสตัล

ความเฉื่อยของสารเคมีที่เหนือกว่า: ในการลดบรรยากาศที่เกี่ยวข้องกับ H₂ (ไฮโดรเจน) และ NH₃ (แอมโมเนีย) TaC มีความทนทานต่อสารเคมีเป็นพิเศษ การทดลองด้านวัสดุศาสตร์ระบุว่าอัตราการสูญเสียมวลของ TaC ในไฮโดรเจนที่อุณหภูมิสูงนั้นต่ำกว่าอัตราของ SiC อย่างมาก ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งในการลดการเคลื่อนที่ของเกลียวและปรับปรุงคุณภาพส่วนต่อประสานในชั้นเอพิแทกเซียล

3. การเปรียบเทียบที่สำคัญ: วิธีเลือกตามหน้าต่างกระบวนการของคุณ

การเลือกระหว่างสองสิ่งนี้ไม่ได้เกี่ยวกับการเปลี่ยนอย่างง่าย แต่เกี่ยวกับการจัดตำแหน่งที่แม่นยำกับ "หน้าต่างกระบวนการ" ของคุณ

การเพิ่มประสิทธิภาพผลผลิตไม่ใช่การก้าวกระโดดเพียงครั้งเดียว แต่เป็นผลจากการจับคู่วัสดุที่แม่นยำ หากคุณกำลังดิ้นรนกับ "การรวมคาร์บอน" ในการเติบโตของคริสตัล SiC หรือต้องการลดต้นทุนวัสดุสิ้นเปลือง (CoC) โดยการยืดอายุชิ้นส่วนในสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อน การอัพเกรดจาก SiC เป็น TaC มักเป็นกุญแจสำคัญในการทำลายการหยุดชะงัก

ในฐานะผู้พัฒนาวัสดุเคลือบเซมิคอนดักเตอร์ขั้นสูงโดยเฉพาะ VeTek Semiconductor เชี่ยวชาญทั้งเส้นทางเทคโนโลยี CVD SiC และ TaC ประสบการณ์ของเราแสดงให้เห็นว่าไม่มีวัสดุที่ "ดีที่สุด" มีเพียงโซลูชันที่เสถียรที่สุดสำหรับอุณหภูมิและความดันเฉพาะเท่านั้น ด้วยการควบคุมความสม่ำเสมอของการสะสมอย่างแม่นยำ เราช่วยให้ลูกค้าของเราก้าวข้ามขีดจำกัดของผลผลิตเวเฟอร์ในยุคของการขยายขนาด 8 นิ้ว

ผู้เขียน:เซร่า ลี

อ้างอิง:

[1] "ความดันไอและการระเหยของ SiC และ TaC ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง" วารสารการเติบโตของคริสตัล

[2] "ความเสถียรทางเคมีของโลหะคาร์ไบด์ทนไฟในการลดบรรยากาศ" เคมีและฟิสิกส์ของวัสดุ

[3] "การควบคุมข้อบกพร่องในการเติบโตของผลึกเดี่ยว SiC ขนาดใหญ่โดยใช้ส่วนประกอบที่เคลือบ TaC" ฟอรัมวิทยาศาสตร์วัสดุ