CVD炭化ケイ素コーティング-2

CVD炭化ケイ素コーティング

1. なぜ、炭化ケイ素コーティング

エピタキシャル層は、ウェーハを基にしてエピタキシャル法により成長させた特定の単結晶薄膜である。基板ウェーハとエピタキシャル薄膜を総称してエピタキシャルウェーハと呼ぶ。その中で、炭化ケイ素エピタキシャル導電性炭化ケイ素基板上に層を成長させて炭化ケイ素の均質なエピタキシャルウェーハを得る。これはさらにショットキーダイオード、MOSFET、IGBTなどのパワーデバイスに加工することができる。その中でも最も広く使われているのが4H-SiC基板です。

すべてのデバイスは基本的にエピタキシー上で実現されるため、エピタキシーはデバイスの性能に大きな影響を与えますが、エピタキシーの品質は結晶と基板の処理に影響されます。業界の中間的なつながりに位置し、業界の発展において非常に重要な役割を果たしています。

炭化ケイ素エピタキシャル層を作製する主な方法は次のとおりです。蒸着成長法。液相エピタキシー（LPE）;分子線エピタキシー（MBE）;化学蒸着 (CVD)。

その中でも、化学気相成長法 (CVD) は、4H-SiC ホモエピタキシャル法として最も一般的です。 4-H-SiC-CVD エピタキシーでは通常、高い成長温度条件下でもエピタキシャル層 4H 結晶 SiC の継続を保証できる CVD 装置が使用されます。

CVD装置では、ガスの流れの方向（水平、垂直）、温度、圧力、固定、落下する汚染物質などのさまざまな要因が関係するため、基板を金属上に直接設置したり、単に台の上に設置してエピタキシャル成長を行うことはできません。したがって、ベースが必要であり、その後、基板がディスク上に配置され、CVD 技術を使用して基板上にエピタキシャル堆積が実行されます。このベースはSiCコーティングされたグラファイトベースです。

コア成分としての黒鉛基材は、高い比強度と比弾性率、優れた耐熱衝撃性と耐食性の特性を備えていますが、製造プロセス中に、腐食性ガスや有機金属の残留物により黒鉛が腐食し、粉化します。問題が発生すると、グラファイトベースの耐用年数が大幅に短縮されます。

同時に、落下した黒鉛粉末がチップを汚染します。炭化ケイ素エピタキシャルウェーハの製造プロセスにおいては、グラファイト材料の使用に対するますます厳しくなる人々の要求を満たすことが困難であり、その開発と実用化が著しく制限されている。そこで塗装技術が高まり始めました。

2. の利点SiCコーティング

コーティングの物理的および化学的特性には、高温耐性と耐食性に関する厳しい要件があり、製品の歩留まりと寿命に直接影響します。 SiC 材料は、高強度、高硬度、低熱膨張係数、良好な熱伝導率を備えています。重要な高温構造材料および高温半導体材料です。グラファイトベースに塗布しています。その利点は次のとおりです。

-SiCは耐食性があり、グラファイトベースを完全に包み込むことができ、密度が高く、腐食性ガスによる損傷を防ぎます。

-SiCは熱伝導率が高く、グラファイトベースとの結合強度が高いため、高温・低温サイクルを繰り返してもコーティングが剥がれにくくなっています。

-SiCは優れた化学的安定性を備えており、高温および腐食性雰囲気下でのコーティングの破損を防ぎます。

さらに、さまざまな材料のエピタキシャル炉には、さまざまな性能指標を備えたグラファイト トレイが必要です。グラファイト材料の熱膨張係数を一致させるには、エピタキシャル炉の成長温度に適応させる必要があります。例えば、炭化ケイ素のエピタキシャル成長は温度が高く、熱膨張係数の高いトレイが必要となります。 SiC の熱膨張係数はグラファイトの熱膨張係数に非常に近いため、グラファイト ベースの表面コーティングに適した材料として適しています。
SiC 材料にはさまざまな結晶形があり、最も一般的なものは 3C、4H、6H です。 SiC の結晶形が異なれば、用途も異なります。たとえば、4H-SiC は高出力デバイスの製造に使用できます。 6H-SiC は最も安定しており、光電子デバイスの製造に使用できます。 3C-SiC は、GaN と構造が似ているため、GaN エピタキシャル層の生成や SiC-GaN RF デバイスの製造に使用できます。 3C-SiC は一般に β-SiC とも呼ばれます。 β-SiC の重要な用途は、薄膜およびコーティング材料としてです。そのため、現在コーティング材料としてはβ-SiCが主流となっています。
SiC コーティングは半導体製造で一般的に使用されます。これらは主に基板、エピタキシー、酸化拡散、エッチング、イオン注入に使用されます。コーティングの物理的および化学的特性には、高温耐性と耐食性に関する厳しい要件があり、製品の歩留まりと寿命に直接影響します。したがって、SiC コーティングの準備は非常に重要です。