半導体分野におけるSiCおよびTaCコーティングの用途は何ですか?

半導体部門はどのように広義に定義され、その主要な構成要素は何ですか?

半導体部門とは、半導体材料の特性を利用して、関連する半導体製造プロセスを通じて半導体集積回路 (IC)、半導体ディスプレイ (LCD/OLED パネル)、半導体照明 (LED)、および半導体エネルギー製品 (太陽光発電) を製造することを広く指します。集積回路はこの分野の最大 80% を占めるため、狭義には、半導体産業は特に IC 産業を指すことがよくあります。

本質的に、半導体製造には、「基板」上に回路構造を作成し、この回路を外部電源および制御システムに接続してさまざまな機能を実現することが含まれます。業界で使用される用語である基板は、Si や SiC などの半導体材料、またはサファイアやガラスなどの非半導体材料で作ることができます。 LED およびパネル産業を除き、シリコン ウェーハが最も一般的に使用される基板です。エピタキシーは、基板上に新しい薄膜材料を成長させるプロセスを指し、一般的な材料は Si、SiC、GaN、GaAs などです。エピタキシーは、ドーピングの厚さ、基板に依存しないエピタキシャル層の濃度およびプロファイル。この制御は、エピタキシャル成長プロセス中のドーピングによって実現されます。

半導体製造の前工程は何で構成されますか?

フロントエンドプロセスは、半導体製造の中で最も技術的に複雑で資本集約的な部分であり、同じ手順を複数回繰り返す必要があるため、「循環プロセス」と呼ばれます。主に洗浄、酸化、フォトリソグラフィー、エッチング、イオン注入、拡散、アニーリング、薄膜堆積、研磨などが含まれます。

コーティングは半導体製造装置をどのように保護しますか?

半導体製造装置は高温、腐食性の高い環境で動作し、非常に高い清浄度が要求されます。したがって、機器の内部コンポーネントを保護することは重要な課題です。コーティング技術は、基材の表面に薄い被覆層を形成することで基材を強化および保護します。この適応により、基材はより極端で複雑な生産環境に耐えることができ、高温安定性、耐食性、耐酸化性が向上し、寿命が延びます。

なぜですかSiCコーティングシリコン基板製造分野で重要?

シリコン結晶成長炉では、約 1500°C の高温シリコン蒸気がグラファイトやカーボン - カーボン材料のコンポーネントを著しく腐食する可能性があります。高純度のSiCコーティングこれらのコンポーネント上でシリコン蒸気を効果的に遮断し、コンポーネントの耐用年数を延ばすことができます。

半導体シリコンウェーハの製造プロセスは、結晶成長、シリコンウェーハ形成、エピタキシャル成長を主要な段階として、多くの工程を含む複雑なプロセスです。結晶成長はシリコンウェーハ製造の中核プロセスです。単結晶の準備段階では、ウェーハの直径、結晶方位、ドーピングの導電性タイプ、抵抗率の範囲と分布、炭素と酸素の濃度、格子欠陥などの重要な技術パラメータが決定されます。単結晶シリコンは通常、チョクラルスキー (CZ) 法またはフロート ゾーン (FZ) 法のいずれかを使用して調製されます。 CZ法は最も多く使われており、シリコン単結晶の約85％を占めています。 12インチシリコンウェーハはCZ法でしか製造できません。この方法では、高純度ポリシリコン材料を石英るつぼに入れ、高純度不活性ガスの保護下で溶解し、その溶解物に単結晶シリコンシードを挿入します。シードが引き上げられると、結晶は単結晶シリコン棒に成長します。

どうですかTaCコーティングPVT メソッドで進化?

SiC の固有の特性 (大気圧で Si:C=1:1 の液相が存在しない) により、単結晶の成長は困難になります。現在、主流となっている方法には、物理​​的気相輸送 (PVT)、高温化学気相成長 (HT-CVD)、液相エピタキシー (LPE) などがあります。これらの中で、PVT は、設備要件が低く、プロセスが簡単で、制御性が高く、産業用途が確立されているため、最も広く採用されています。

PVT 法では、黒鉛るつぼの外側の断熱条件を調整することで、軸方向および半径方向の温度場を制御できます。 SiC 粉末は黒鉛るつぼの高温の底部に配置され、SiC 種結晶は低温の上部に固定されます。成長するSiC結晶と粉末との接触を避けるために、粉末とシードとの間の距離は通常、数十ミリメートルに制御される。さまざまな加熱方法 (誘導加熱または抵抗加熱) を使用して、SiC 粉末を 2200 ～ 2500°C に加熱すると、元の粉末が昇華し、Si、Si2C、SiC2 などのガス成分に分解されます。これらのガスは対流によって種結晶端まで輸送され、そこでSiCが結晶化して単結晶成長が実現します。一般的な成長速度は 0.2 ～ 0.4 mm/h で、20 ～ 30 mm の結晶インゴットを成長させるには 7 ～ 14 日かかります。

PVT 成長 SiC 結晶中の炭素含有物の存在は重大な欠陥源であり、マイクロチューブや多形欠陥の原因となり、SiC 結晶の品質を低下させ、SiC ベースのデバイスの性能を制限します。一般に、SiC 粉末の黒鉛化と炭素が豊富な成長フロントが炭素含有物の発生源として認識されています。 1) SiC 粉末の分解中に、Si 蒸気が気相に蓄積し、C が固相に濃縮され、粉末の深刻な炭化が引き起こされます。成長が遅い。粉末内の炭素粒子が重力に打ち勝って SiC インゴット内に拡散すると、炭素含有物が形成されます。 2) Si が豊富な条件下では、過剰な Si 蒸気が黒鉛るつぼ壁と反応し、炭素粒子と Si 含有成分に容易に分解できる薄い SiC 層を形成します。

これらの問題には 2 つのアプローチが対処できます。 1) 成長後期の高度に炭化した SiC 粉末から炭素粒子を濾過します。 ２）Ｓｉ蒸気による黒鉛るつぼ壁の腐食を防止する。 TaC などの多くの炭化物は 2000°C 以上で安定して動作し、酸、アルカリ、NH3、H2、Si 蒸気による化学腐食に耐えます。 SiC ウェーハに対する品質要求の高まりに伴い、SiC 結晶成長技術における TaC コーティングの応用が産業的に検討されています。研究によると、PVT 成長炉で TaC コーティングされたグラファイト部品を使用して製造された SiC 結晶はより純粋で、欠陥密度が大幅に減少し、結晶の品質が大幅に向上しました。

a) 多孔質TaCまたはTaCコーティングされた多孔質黒鉛：カーボン粒子を濾過し、結晶への拡散を防ぎ、均一な空気の流れを確保します。

b)TaCコーティングリング: Si 蒸気をグラファイトるつぼ壁から隔離し、Si 蒸気によるるつぼ壁の腐食を防ぎます。

c)TaCコーティングフローガイド: 気流を種結晶に向けながら、黒鉛るつぼの壁から Si 蒸気を隔離します。

d)TaCコーティング種結晶ホルダー: Si 蒸気による上部カバーの腐食を防ぐために、るつぼの上部カバーから Si 蒸気を隔離します。

どのようにしてCVD SiC コーティングGaN基板製造におけるメリット?

現在、GaN 基板の商業生産は、サファイア基板上にバッファ層 (またはマスク層) を作成することから始まります。次に、水素気相エピタキシー (HVPE) を使用して、このバッファ層上に GaN 膜を急速に成長させ、続いて分離および研磨して自立型 GaN 基板を取得します。低温と高温の両方の化学反応が必要な場合、HVPE は大気圧石英反応器内でどのように動作するのでしょうか?

低温ゾーン（800～900℃）では、ガス状のHClが金属Gaと反応してガス状のGaClを生成します。

高温域（1000～1100℃）では、GaClガスとNH3ガスが反応してGaN単結晶膜が形成されます。

HVPE 装置の構造コンポーネントは何ですか?また、それらはどのように腐食から保護されていますか? HVPE 装置は水平型または垂直型のいずれかであり、ガリウム ボート、炉本体、反応器、ガス構成システム、排気システムなどのコンポーネントで構成されます。 NH3 と接触するグラファイトのトレイとロッドは腐食しやすいため、保護することができます。SiCコーティング損傷を防ぐため。

GaNエピタキシー製造に対するCVD技術の重要性は何ですか?

半導体デバイスの分野では、なぜ特定のウェーハ基板上にエピタキシャル層を構築する必要があるのでしょうか?典型的な例には、サファイア基板上に GaN エピタキシャル層を必要とする青緑色 LED が含まれます。 MOCVD 装置は GaN エピタキシー製造プロセスに不可欠であり、主要なサプライヤーは中国の AMEC、Aixtron、Veeco です。

MOCVD システムでのエピタキシャル堆積中に、基板を金属または単純なベース上に直接配置できないのはなぜですか?ガスの流れの方向 (水平、垂直)、温度、圧力、基板の固定、破片による汚染などの要因を考慮する必要があります。そこで、ポケットを備えたサセプタを用いて基板を保持し、このポケットに置かれた基板上にCVD技術を用いてエピタキシャル成膜を行う。のサセプタはグラファイトベースにSiCコーティングを施したものです.

GaN エピタキシーにおける中心的な化学反応は何ですか?また、SiC コーティングの品質が重要なのはなぜですか?中心となる反応は、NH3 + TMGa → GaN + 副生成物 (約 1050 ～ 1100°C) です。しかし、NH3 は高温で熱分解し、原子状の水素を放出し、グラファイト内の炭素と強く反応します。 NH3/H2 は 1100°C では SiC と反応しないため、SiC コーティングによる完全なカプセル化とその品質がプロセスにとって重要です。

SiC エピタキシー製造の分野では、主流のタイプの反応チャンバー内でコーティングはどのように適用されますか?

SiC は、200 以上の異なる結晶構造を持つ典型的な多型材料であり、その中で 3C-SiC、4H-SiC、および 6H-SiC が最も一般的です。 4H-SiC は、主流のデバイスで主に使用されている結晶構造です。結晶構造に影響を与える重要な要素は反応温度です。特定のしきい値を下回る温度では、他の結晶形が生成される傾向があります。最適な反応温度は 1550 ～ 1650°C です。 1550°C 未満の温度では、3C-SiC やその他の構造が生成される可能性が高くなります。ただし、3C-SiC は一般的に使用されます。SiCコーティング、約 1600°C の反応温度は 3C-SiC の限界に近いです。 TaC コーティングの現在の用途はコストの問題により制限されていますが、長期的には、TaCコーティングは、SiC エピタキシャル装置の SiC コーティングを徐々に置き換えると予想されます。

現在、SiC エピタキシー用の CVD システムには主に 3 つのタイプがあります。プラネタリー ホットウォール、水平ホットウォール、垂直ホットウォールです。プラネタリーホットウォールCVD装置は、一度のバッチで複数枚のウェーハを成長させることができるため、生産効率が高いことが特徴です。水平ホットウォール CVD システムには通常、ガスフロートの回転によって駆動される枚葉式の大型成長システムが含まれており、これにより優れたウエハ内仕様が実現されます。縦型ホットウォール CVD システムは、主に外部メカニカル ベースによる高速回転を特徴としています。反応チャンバーの圧力を低く維持することで境界層の厚さを効果的に減少させ、エピタキシャル成長速度を高めます。さらに、そのチャンバー設計には SiC 粒子の堆積につながる可能性のある上壁がないため、粒子の脱落リスクが最小限に抑えられ、欠陥制御において固有の利点がもたらされます。

高温熱処理の用途は何ですか？CVD SiC管状炉装置では?

管状炉装置は、半導体業界の酸化、拡散、薄膜成長、アニーリング、合金化などのプロセスで広く使用されています。大きく分けて、水平型と垂直型の 2 つのタイプがあります。現在、IC 業界では主に縦型管状炉が使用されています。プロセス圧力と用途に応じて、管状炉装置は大気圧炉と低圧炉に分類できます。大気圧炉は主に熱拡散ドーピング、薄膜酸化、高温アニールに使用され、低圧炉はさまざまな種類の薄膜（LPCVD や ALD など）の成長用に設計されています。さまざまな管状炉装置の構造は類似しており、必要に応じて拡散、酸化、アニーリング、LPCVD、ALD の機能を実行するように柔軟に構成できます。高純度焼結SiCチューブ、SiCウェーハボート、SiCライニング壁は、管状炉装置の反応チャンバー内の必須コンポーネントです。顧客の要件に応じて、追加のSiCコーティング焼結SiCセラミックの表面に層を適用して性能を向上させることができます。

太陽電池用粒状シリコン製造分野において、なぜSiCコーティング重要な役割を果たしていますか？

ポリシリコンは、冶金グレードのシリコン (または工業用シリコン) から派生し、一連の物理的および化学反応を通じて精製され、シリコン含有量が 99.9999% (6N) を超える非金属材料です。太陽光発電分野では、ポリシリコンはウェーハ、セル、モジュールに加工され、最終的には太陽光発電システムで使用されるため、ポリシリコンは太陽光発電産業チェーンの重要な上流コンポーネントとなっています。現在、ポリシリコン製造には 2 つの技術的ルートがあります。改良型シーメンス プロセス (棒状シリコンが得られる) とシラン流動床プロセス (粒状シリコンが得られる) です。修正シーメンスプロセスでは、高純度 SiHCl3 が約 1150°C で高純度シリコンコア上で高純度水素によって還元され、その結果シリコンコア上にポリシリコンが堆積します。シラン流動床プロセスでは通常、シリコンソースガスとして SiH4、キャリアガスとして H2 を使用し、流動床反応器内で 600 ～ 800°C で SiH4 を熱分解して粒状ポリシリコンを生成するために SiCl4 を添加します。修正シーメンスプロセスは、比較的成熟した生産技術であるため、依然として主流のポリシリコン生産ルートです。しかし、GCL-Poly や Tianhong Reike などの企業が粒状シリコン技術の進歩を続けるにつれ、シラン流動床プロセスがその低コストと二酸化炭素排出量の削減により市場シェアを獲得する可能性があります。

製品の純度管理は歴史的に流動床プロセスの弱点であり、これが、コスト面での大きな利点があるにもかかわらず、シーメンスプロセスを超えられない主な理由です。ライニングは、シラン流動床プロセスの主要な構造および反応容器として機能し、反応器の金属シェルを高温のガスや材料による侵食や磨耗から保護し、同時に材料の温度を断熱および維持します。過酷な作業条件と粒状シリコンとの直接接触のため、ライニング材料は高純度、耐摩耗性、耐食性、高強度を示す必要があります。一般的な材料には、SiCコーティング。しかし、実際の使用においては、粒状シリコン中の過剰な炭素含有に起因するコーティングの剥離・クラックが発生し、グラファイトライニングの寿命が短くなり、定期的な交換が必要となる消耗品として分類されます。 SiC コーティングされた流動床ライニング材料に関連する技術的課題とその高コストは、シラン流動床プロセスの市場採用を妨げており、より広範な用途のために対処する必要があります。

熱分解グラファイトコーティングはどのような用途に使用されますか?

熱分解グラファイトは、1800°C ～ 2000°C の炉圧力で化学蒸着された高純度の炭化水素で構成され、高度に結晶配向した熱分解炭素を生成する新しい炭素材料です。高密度 (2.20 g/cm3)、高純度、異方性の熱的、電気的、磁気的、機械的特性が特徴です。約1800℃でも10mmHgの真空を維持できるため、航空宇宙、半導体、太陽光発電、分析機器など幅広い分野での応用が可能です。

赤と黄色の LED エピタキシーや特定の特殊なシナリオでは、MOCVD 天井は SiC コーティング保護を必要とせず、代わりに熱分解グラファイト コーティング ソリューションを使用します。

電子ビーム蒸着アルミニウム用るつぼには、高密度、高温耐性、優れた耐熱衝撃性、高い熱伝導率、低い熱膨張係数、酸、アルカリ、塩、および有機試薬による腐食に対する耐性が必要です。熱分解グラファイト コーティングはグラファイトるつぼと同じ材料を共有しているため、高温と低温のサイクルに効果的に耐えることができ、グラファイトるつぼの耐用年数を延ばします。**