เหตุใดตัวรับกราไฟท์เคลือบ SiC จึงจำเป็นสำหรับเอพิแทกซีของเซมิคอนดักเตอร์

เนื่องจากอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ยังคงพัฒนาไปสู่พลังงานที่สูงขึ้น ความถี่ที่สูงขึ้น และการผสานรวมที่มากขึ้น ข้อกำหนดเกี่ยวกับอุปกรณ์การเจริญเติบโตแบบ epitax จึงมีความต้องการเพิ่มมากขึ้น ไม่ว่าจะผลิตอุปกรณ์จ่ายไฟ SiC, ส่วนประกอบ GaN RF, ชิป LED หรือเวเฟอร์ซิลิคอนอีพิเทกเซียล ผู้ผลิตต่างพึ่งพาส่วนประกอบที่สำคัญอย่างหนึ่งภายในเครื่องปฏิกรณ์ นั่นก็คือ ตัวรับกราไฟท์ที่เคลือบด้วย SiC

แม้ว่าจะไม่ค่อยมองเห็นได้ภายนอกห้องปฏิกิริยา แต่ส่วนประกอบนี้ส่งผลโดยตรงต่อความสม่ำเสมอของอุณหภูมิเวเฟอร์ การสร้างอนุภาค อายุการใช้งานของการเคลือบ และผลผลิตของอุปกรณ์ในท้ายที่สุด

ตัวรับกราไฟท์เคลือบ SiC คืออะไร

ตัวรับกราไฟท์ที่เคลือบด้วย SiC เป็นส่วนประกอบกราไฟท์ที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมอย่างแม่นยำ ได้รับการปกป้องโดยการเคลือบซิลิกอนคาร์ไบด์ที่มีความหนาแน่นสูงด้วยสารเคมี (CVD)

ภายในเครื่องปฏิกรณ์แบบอีพิแทกเซียล ซัสเซปเตอร์จะทำหน้าที่สำคัญหลายประการ:

• รองรับเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ตลอดกระบวนการเติบโต
• ถ่ายเทความร้อนจากเครื่องทำความร้อนไปยังแผ่นเวเฟอร์อย่างสม่ำเสมอ
• หมุนพร้อมกับเวเฟอร์เพื่อปรับปรุงความสม่ำเสมอของฟิล์ม
• รักษาความเสถียรของมิติภายใต้การหมุนเวียนด้วยความร้อนซ้ำๆ
• ปกป้องซับสเตรตของกราไฟท์จากก๊าซในกระบวนการที่มีฤทธิ์กัดกร่อน

ขึ้นอยู่กับกระบวนการ ตัวรับอาจได้รับการออกแบบให้เป็นตัวรับแพนเค้ก ตัวรับแบบบาร์เรล ถาด ตัวพาเวเฟอร์ หรือส่วนประกอบเครื่องปฏิกรณ์แบบกำหนดเอง

ทำไมไม่ใช้กราไฟท์เปลือย?

กราไฟท์ได้รับการยอมรับมายาวนานว่าเป็นหนึ่งในวัสดุวิศวกรรมอุณหภูมิสูงที่ดีที่สุด เนื่องจาก:

· การนำความร้อนดีเยี่ยม

· ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ

· ความเสถียรที่อุณหภูมิสูง

· สามารถแปรรูปได้ง่าย

· ความหนาแน่นต่ำ

อย่างไรก็ตาม กราไฟท์เปลือยไม่เหมาะสำหรับการประมวลผลเซมิคอนดักเตอร์โดยตรง

ในระหว่างการปิดผิว ก๊าซในกระบวนการ เช่น H₂, HCl, NH₃, ไซเลน, คลอโรซิเลน และสารตั้งต้นของโลหะ-อินทรีย์จะโจมตีพื้นผิวกราไฟท์ที่สัมผัสอย่างต่อเนื่อง เมื่อเวลาผ่านไป กราไฟท์จะเริ่มออกซิไดซ์ กัดกร่อน และปล่อยอนุภาคคาร์บอนออกมา

อนุภาคเหล่านี้สามารถ:

· ปนเปื้อนเวเฟอร์

· เพิ่มความหนาแน่นของข้อบกพร่อง

· ลดความสม่ำเสมอของเยื่อบุผิว

· ลดระยะเวลาการบำรุงรักษาเครื่องปฏิกรณ์ให้สั้นลง

ดังนั้นเครื่องปฏิกรณ์เซมิคอนดักเตอร์สมัยใหม่เกือบทั้งหมดจึงใช้การเคลือบเซรามิกป้องกันแทนกราไฟท์แบบเปลือย

เหตุใดซิลิคอนคาร์ไบด์จึงเป็นการเคลือบที่ต้องการ？

ในบรรดาวัสดุเคลือบที่มีอยู่ รวมถึง BN, ZrB₂, TaC และการเคลือบออกไซด์ต่างๆ ซิลิคอนคาร์ไบด์ CVD ได้กลายเป็นมาตรฐานอุตสาหกรรม เนื่องจากมีความสมดุลที่ยอดเยี่ยมของคุณสมบัติทางความร้อน เคมี และทางกล

ข้อดีที่สำคัญ ได้แก่ :

• ทนทานต่อสารเคมีที่โดดเด่น：SiC หนาแน่นช่วยป้องกันก๊าซที่มีฤทธิ์กัดกร่อนไม่ให้เข้าถึงซับสเตรตของกราไฟท์ ช่วยยืดอายุการใช้งานของส่วนประกอบได้อย่างมาก
• การนำความร้อนที่ดีเยี่ยม: การนำความร้อนสูงช่วยให้สามารถถ่ายเทความร้อนได้อย่างรวดเร็วในขณะที่ยังคงรักษาความสม่ำเสมอของอุณหภูมิที่ดีเยี่ยมทั่วทั้งแผ่นเวเฟอร์
• การขยายตัวทางความร้อนต่ำไม่ตรงกัน: ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของ SiC ตรงกับกราไฟท์อย่างใกล้ชิด ช่วยลดความเครียดภายในระหว่างรอบการทำความร้อนและความเย็นซ้ำๆ
• ความแข็งสูง：การเคลือบต้านทานการเสียดสีระหว่างการโหลดแผ่นเวเฟอร์และการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์
• ความบริสุทธิ์สูง：การเคลือบ CVD SiC คุณภาพสูงลดการปนเปื้อนของโลหะและการสร้างอนุภาค ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ขั้นสูง

ทำไมต้องมีการสะสมไอสารเคมี (CVD)?

มีเทคโนโลยีการเคลือบที่หลากหลาย ได้แก่:

· การพ่นพลาสม่า

· การเคลือบโซลเจล

· การสะสมด้วยไฟฟ้า

· แพ็คซีเมนต์

· การเคลือบแปรง

อย่างไรก็ตาม การผลิตเซมิคอนดักเตอร์สนับสนุนการสะสมไอสารเคมี (CVD) อย่างท่วมท้น เนื่องจากผลิตสารเคลือบด้วย:

· มีความบริสุทธิ์สูงมาก

· ความหนาแน่นดีเยี่ยม

· ความหนาสม่ำเสมอ

· การยึดเกาะที่เหนือกว่า

· ความพรุนต่ำ

· ความสอดคล้องที่ดีเยี่ยมกับรูปทรงที่ซับซ้อน

ต่างจากการเคลือบแบบพ่นสเปรย์ที่มักจะมีรูพรุนและส่วนต่อประสานที่ไม่แข็งแรง CVD SiC สร้างชั้นผลึกหนาแน่นที่ยึดติดทางเคมีกับซับสเตรตกราไฟต์ ส่งผลให้อายุการใช้งานยาวนานขึ้นอย่างมากภายใต้สภาวะกระบวนการที่รุนแรง

การใช้งานทั่วไป

ส่วนประกอบกราไฟท์เคลือบ SiC ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายใน:

SiC Epitaxy：รองรับเวเฟอร์ SiC ที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าและกึ่งฉนวนในระหว่างการเจริญเติบโตแบบโฮโมอีพิแทกเซียลสำหรับ MOSFET, SBD และอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่นๆ

Silicon Epitaxy：จัดให้มีแพลตฟอร์มระบายความร้อนที่เสถียรสำหรับ epitaxy เวเฟอร์ซิลิคอนที่ใช้ในการผลิต CMOS และการผลิตเซมิคอนดักเตอร์กำลัง

GaN Epitaxy：รองรับการเติบโตของ GaN-on-Si และ GaN-on-SiC สำหรับอุปกรณ์ RF, HEMT, MicroLED และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง

การผลิต LED：ใช้ภายในเครื่องปฏิกรณ์ MOCVD สำหรับการเจริญเติบโตของเยื่อบุผิวสีน้ำเงิน สีเขียว UV และ MicroLED

บทสรุป

ในขณะที่กระบวนการเซมิคอนดักเตอร์ยังคงเคลื่อนไปสู่เวเฟอร์ที่มีขนาดใหญ่ขึ้น หน้าต่างกระบวนการที่เข้มงวดมากขึ้น และความหนาแน่นของข้อบกพร่องลดลง ความสำคัญของส่วนประกอบเครื่องปฏิกรณ์ประสิทธิภาพสูงยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง

ตัวรับกราไฟท์ที่เคลือบ CVD SiC กลายเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้เนื่องจากได้รวมประสิทธิภาพทางความร้อนที่เหนือกว่าของกราไฟท์เข้ากับความต้านทานต่อสารเคมี ความบริสุทธิ์ และความทนทานที่โดดเด่นของซิลิคอนคาร์ไบด์

ไม่ว่าจะสำหรับอุปกรณ์จ่ายไฟ SiC, อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ GaN RF, การผลิต LED หรือซิลิคอนเอพิแทกซี การลงทุนในส่วนประกอบกราไฟท์เคลือบ SiC คุณภาพสูงมีส่วนโดยตรงต่อผลผลิตที่สูงขึ้น เวลาทำงานของอุปกรณ์นานขึ้น และต้นทุนการผลิตที่ลดลง