SiC 코팅 흑연 서셉터란 무엇입니까?

그림 1.SiC 코팅 흑연 서셉터

1. 에피택셜층 및 그 장비

웨이퍼 제조 과정에서 장치 제조를 용이하게 하기 위해 일부 웨이퍼 기판에 에피택셜 레이어를 추가로 구축해야 합니다. 에피택시란 절단, 연삭, 연마 과정을 거쳐 세심하게 가공된 단결정 기판 위에 새로운 단결정을 성장시키는 공정을 말합니다. 새로운 단결정은 기판과 동일한 재료일 수도 있고 다른 재료(동종에피택셜 또는 헤테로에피택셜)일 수도 있습니다. 새로운 단결정층은 기판의 결정상을 따라 성장하므로 이를 에피택셜층(epitaxis layer)이라 부르며, 소자 제조는 에피택셜층 위에서 이루어진다. 

예를 들어,GaAs 에피텍셜LED 발광소자용 실리콘 기판 위에 층을 준비하는 단계; 에이SiC 에피텍셜전력 애플리케이션의 SBD, MOSFET 및 기타 장치 구성을 위해 전도성 SiC 기판 위에 층을 성장시켰습니다. 통신과 같은 무선 주파수 응용 분야에서 HEMT와 같은 장치를 추가로 제조하기 위해 반절연 SiC 기판 위에 GaN 에피택셜 층이 구성됩니다. SiC 에피택셜 재료의 두께 및 배경 캐리어 농도와 같은 매개변수는 SiC 장치의 다양한 전기적 특성을 직접적으로 결정합니다. 이 과정에서 화학기상증착(CVD) 장비 없이는 불가능하다.

그림 2. 에피택셜 필름 성장 모드

2. CVD 장비에서 SiC 코팅 흑연 서셉터의 중요성

CVD 장비에서는 가스 흐름 방향(수평, 수직), 온도, 압력, 고정 및 오염 물질과 같은 많은 요소가 관련되어 있기 때문에 기판을 금속 위에 직접 배치하거나 단순히 에피택셜 증착을 위한 베이스 위에 배치할 수 없습니다. 따라서 서셉터(웨이퍼 캐리어) 기판을 트레이에 놓고 CVD 기술을 사용하여 그 위에 에피택셜 증착을 수행합니다. 이 서셉터는 SiC 코팅 흑연 서셉터(트레이라고도 함)입니다.

2.1 MOCVD 장비에 SiC 코팅 흑연 서셉터 적용

SiC 코팅 흑연 서셉터는 다음에서 핵심적인 역할을 합니다.금속유기화학기상증착(MOCVD) 장비단결정 기판을 지지하고 가열합니다. 이 서셉터의 열적 안정성과 열 균일성은 에피택셜 재료의 품질에 매우 중요하므로 MOCVD 장비에서 없어서는 안 될 핵심 부품으로 간주됩니다. MOCVD(금속 유기 화학 기상 증착) 기술은 간단한 조작, 제어 가능한 성장 속도 및 높은 순도 등의 장점을 갖고 있기 때문에 현재 청색 LED의 GaN 박막 에피택셜 성장에 널리 사용되고 있습니다.

MOCVD 장비의 핵심 부품 중 하나인 Vetek 반도체 흑연 서셉터는 단결정 기판을 지지하고 가열하는 역할을 담당하며, 이는 박막 재료의 균일성과 순도에 직접적인 영향을 미치므로 에피택셜 웨이퍼의 제조 품질과 관련됩니다. 사용 횟수가 증가하고 작업 환경이 변화함에 따라 흑연 서셉터는 마모되기 쉬우므로 소모품으로 분류됩니다.

2.2. SIC 코팅 흑연 서셉터의 특성

MOCVD 장비의 요구 사항을 충족하려면 흑연 서셉터에 필요한 코팅은 다음 표준을 충족하는 특정 특성을 가져야 합니다.

✔  커버력 좋음: SiC 코팅은 부식성 가스 환경에서 손상을 방지하기 위해 서셉터를 완전히 덮고 밀도가 높아야 합니다.

✔  높은 접착력: 코팅은 서셉터에 단단히 접착되어야 하며 여러 번의 고온 및 저온 사이클 후에도 쉽게 떨어지지 않아야 합니다.

✔  우수한 화학적 안정성: 코팅은 고온 및 부식성 대기에서 실패를 방지하기 위해 화학적 안정성이 좋아야 합니다.

2.3 흑연과 탄화규소 재료 매칭의 어려움과 과제

탄화규소(SiC)는 내식성, 높은 열 전도성, 열충격 저항성 및 우수한 화학적 안정성과 같은 장점으로 인해 GaN 에피택셜 분위기에서 우수한 성능을 발휘합니다. 열팽창 계수는 흑연과 유사하므로 흑연 서셉터 코팅에 선호되는 재료입니다.

그러나 결국,석묵그리고탄화규소두 가지 서로 다른 재료이며 코팅의 수명이 짧고 떨어지기 쉽고 열팽창 계수가 다르기 때문에 비용이 증가하는 상황이 여전히 있습니다. 

3. SiC 코팅 기술

3.1. SiC의 일반적인 유형

현재 일반적인 유형의 SiC에는 3C, 4H 및 6H가 포함되며, 다양한 유형의 SiC가 다양한 목적에 적합합니다. 예를 들어, 4H-SiC는 고전력 소자 제조에 적합하고, 6H-SiC는 상대적으로 안정적이어서 광전자소자에 사용될 수 있으며, 3C-SiC는 GaN 에피층 제조 및 SiC-GaN RF 소자 제조에 사용될 수 있다. GaN과 구조가 비슷합니다. 3C-SiC는 흔히 β-SiC라고도 불리며 주로 박막이나 코팅재료에 사용된다. 따라서 β-SiC는 현재 코팅의 주요 소재 중 하나입니다.

3.2.실리콘 카바이드 코팅준비 방법

탄화규소 코팅을 준비하는 방법에는 젤-졸 방법, 분사 방법, 이온빔 분사 방법, 화학 기상 반응 방법(CVR), 화학 기상 증착 방법(CVD) 등 다양한 옵션이 있습니다. 그 중 화학기상증착법(CVD)이 현재 SiC 코팅을 제조하는 주요 기술이다. 이 방법은 기상 반응을 통해 기판 표면에 SiC 코팅을 증착하는 방법으로, 코팅과 기판이 긴밀하게 결합되어 기판 재료의 내산화성과 내마모성이 향상되는 장점이 있습니다.

고온 소결법은 매립 분말에 흑연 기재를 넣고 불활성 분위기 하에서 고온으로 소결함으로써 최종적으로 기재 표면에 SiC 코팅을 형성하는 방법으로, 이를 임베딩법이라 한다. 이 방법은 간단하고 코팅이 기판에 단단히 결합되어 있음에도 불구하고 코팅의 두께 방향 균일성이 좋지 않고 구멍이 생기기 쉬워 내산화성이 저하됩니다.

✔  분사 방식흑연 기재 표면에 액상 원료를 분사한 후 특정 온도에서 원료를 응고시켜 코팅을 형성하는 방식이다. 이 방법은 비용이 저렴하지만 코팅이 기판과 약하게 결합되어 코팅의 균일성이 떨어지고 두께가 얇으며 내산화성이 좋지 않아 일반적으로 추가 처리가 필요합니다.

✔  이온빔 분사 기술이온빔 건을 사용하여 용융되거나 부분적으로 용융된 재료를 흑연 기판 표면에 분사한 다음 응고 및 결합하여 코팅을 형성합니다. 작업이 간단하고 상대적으로 조밀한 탄화규소 코팅을 생성할 수 있지만 코팅이 깨지기 쉽고 내산화성이 낮습니다. 일반적으로 고품질 SiC 복합 코팅을 준비하는 데 사용됩니다.

✔ 솔겔 방식균일하고 투명한 졸 용액을 제조하여 기판 표면에 도포한 후 건조, 소성하여 코팅을 형성하는 방법이다. 작업이 간단하고 비용이 저렴하지만 준비된 코팅은 열 충격 저항이 낮고 균열이 발생하기 쉽기 때문에 적용 범위가 제한됩니다.

✔ 화학증기반응기술(CVR): CVR은 Si와 SiO2분말을 이용하여 SiO2증기를 발생시키며, 탄소재료 기재 표면에 화학반응을 통해 SiC 코팅을 형성합니다. 단단히 결합된 코팅을 제조할 수 있지만 더 높은 반응 온도가 필요하고 비용도 높습니다.

✔  화학 기상 증착(CVD): CVD는 현재 SiC 코팅 제조에 가장 널리 사용되는 기술로, SiC 코팅은 기판 표면의 기상 반응에 의해 형성됩니다. 이 방법으로 제조된 코팅은 기판과 밀접하게 결합되어 기판의 내산화성 및 내마모성이 향상되지만 증착 시간이 길어지고 반응 가스에 독성이 있을 수 있습니다.

그림 3.화학 기상 증착 다이어그램

4. 시장경쟁과베텍 반도체의 기술 혁신

SiC 코팅 흑연 기판 시장에서는 외국 제조업체가 더 일찍 시작하여 확실한 선도적 이점과 더 높은 시장 점유율을 확보했습니다. 국제적으로는 네덜란드의 Xycard, 독일의 SGL, 일본의 Toyo Tanso, 미국의 MEMC가 주요 공급업체이며 기본적으로 국제 시장을 독점하고 있습니다. 그러나 이제 중국은 흑연 기판 표면에 SiC 코팅을 균일하게 성장시키는 핵심 기술을 돌파했으며 국내외 고객들로부터 품질이 검증되었습니다. 동시에 가격 면에서도 확실한 경쟁 우위를 갖고 있어 SiC 코팅 흑연 기판 사용을 위한 MOCVD 장비의 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 

베텍 반도체는 다음 분야의 연구 개발에 참여해 왔습니다.SiC 코팅20년 넘게. 따라서 우리는 SGL과 동일한 버퍼 레이어 기술을 출시했습니다. 특수 가공 기술을 통해 흑연과 탄화규소 사이에 완충층을 추가해 수명을 2배 이상 늘릴 수 있다.