シリコン炭化物エピタキシーの材料

化学式SICを備えた炭化シリコンは、シリコン（SI）と炭素（C）の要素の間の強力な共有結合によって形成される化合物半導体材料です。優れた物理的および化学的特性により、特に厳しい半導体製造プロセスでは、多くの工業分野でますます重要な役割を果たしています。

Ⅰ。炭化シリコンのコアの物理的特性（原文）

SICの物理的特性を理解することは、そのアプリケーション値を理解するための基礎です。

1）硬度が高い：

SICのMOHSの硬度は約9〜9.5で、ダイヤモンドに次ぐものです。これは、優れた摩耗とスクラッチ抵抗があることを意味します。

アプリケーション値：半導体処理では、SIC（ロボットアーム、チャック、研削ディスクなど）で作られた部品は、寿命が長く、摩耗による粒子の生成を減らし、したがってプロセスの清潔さと安定性を改善することを意味します。

2）優れた熱特性：

●熱伝導率が高い： 

SICの熱伝導率は、従来のシリコン材料および多くの金属（室温と純度に応じて、室温で最大300〜490W/（M⋅K））よりもはるかに高くなっています。

アプリケーション値：熱を迅速かつ効率的に消散させることができます。これは、高出力半導体デバイスの熱放散にとって重要であり、デバイスの過熱と故障を防ぎ、デバイスの信頼性とパフォーマンスを向上させることができます。ヒーターや冷却プレートなどのプロセス機器では、熱伝導率が高いと温度の均一性と速い応答が保証されます。

●低熱膨張係数： SICには、広い温度範囲にわたって寸法変化がほとんどありません。

アプリケーション値：劇的な温度変化（迅速な熱アニーリングなど）を経験する半導体プロセスでは、SIC部品は形状と寸法の精度を維持し、熱ミスマッチによるストレスと変形を軽減し、処理の精度とデバイスの収率を確保します。

●優れた熱安定性：SICは、高温でその構造と性能の安定性を維持でき、不活性雰囲気で最大1600℃以上の温度に耐えることができます。

アプリケーション値：エピタキシャルの成長、酸化、拡散などの高温プロセス環境に適しており、他の物質と分解したり反応したりするのは簡単ではありません。

●良好な熱衝撃耐性：亀裂や損傷なしに急速な温度変化に耐えることができます。

アプリケーション値：SICコンポーネントは、急速な温度上昇と下降を必要とするプロセスステップでより耐久性があります。

3.優れた電気特性（特に半導体デバイスの場合）：

●ワイドバンドギャップ：SICのバンドギャップは、シリコン（SI）の約3倍です（たとえば、4H-SICは約3.26EV、Siは約1.12EVです）。

アプリケーション値：

高い動作温度：ワイドバンドギャップにより、SICデバイスの固有のキャリア濃度が高温で非常に低いため、シリコンデバイス（最大300℃以上）よりもはるかに高い温度で動作できます。

高分解電界：SICの分解電界強度は、シリコンの電界強度のほぼ10倍です。これは、同じ電圧抵抗レベルで、SICデバイスを薄くし、ドリフト領域の抵抗が小さくなり、それによって伝導損失が減少することを意味します。

強い放射抵抗：ワイドバンドギャップはまた、放射線耐性が優れており、航空宇宙などの特別な環境に適しています。

●高飽和電子ドリフト速度：SICの飽和電子ドリフト速度は、シリコンの2倍です。

アプリケーション値：これにより、SICデバイスはより高いスイッチング周波数で動作できます。これは、システム内のインダクタやコンデンサなどのパッシブコンポーネントの体積と重量を減らし、システムの電力密度を改善するのに有益です。

4）優れた化学物質の安定性：

SICは強い腐食抵抗があり、室温でのほとんどの酸、塩基、または溶融塩とは反応しません。それは、高温でのみ特定の強い酸化剤または溶融塩基と反応します。

アプリケーション値：半導体ウェットエッチングや洗浄などの腐食性化学物質を含むプロセスでは、SICコンポーネント（ボート、パイプ、ノズルなど）は、サービス寿命が長く、汚染のリスクが低くなります。プラズマエッチングなどの乾燥プロセスでは、血漿に対する耐性も多くの従来の材料よりも優れています。

5）高純度（高純度達成可能）：

高純度SIC材料は、化学蒸気堆積（CVD）などの方法で調製できます。

ユーザー値：半導体製造では、材料の純度が重要であり、不純物はデバイスのパフォーマンスと収量に影響を与える可能性があります。高純度SICコンポーネントは、シリコンウェーハまたはプロセス環境の汚染を最小限に抑えます。

Ⅱ。エピタキシャル基質としての炭化シリコン（sic）の適用

SICシングルクリスタルウェーハは、高性能SICパワーデバイス（MOSFET、JFET、SBDなど）および窒化ガリウム（GAN）RF/電源デバイスを製造するための重要な基質材料です。

特定のアプリケーションシナリオと使用：

1）sic-on-sicエピタキシー：

使用：高純度SIC単結晶基質では、特定のドーピングと厚さのSICエピタキシャル層が化学蒸気エピタキシー（CVD）によって成長し、SIC電力装置の活性領域を構築します。

アプリケーション値：SIC基質の優れた熱伝導率は、デバイスが熱を放散するのに役立ち、ワイドバンドギャップの特性により、デバイスは高電圧、高温、高周​​波動作に耐えることができます。これにより、SICパワーデバイスは、新しいエネルギー車両（電気制御、充電パイル）、太陽光発電インバーター、産業モータードライブ、スマートグリッド、その他のフィールドでうまく機能し、システム効率と機器のサイズと重量の削減を大幅に改善します。

2）gan-on-sicエピタキシー：

使用：SIC基質は、GANとの良好な格子マッチング（サファイアやシリコンと比較）と非常に高い熱伝導率のため、高品質のGANエピタキシャル層（特に高頻度の高出力RFデバイス用）の成長に最適です。

アプリケーション値：SIC基板は、操作中にGANデバイスによって生成された大量の熱を効果的に実施して、デバイスの信頼性とパフォーマンスを確保できます。これにより、Gan-on-SICデバイスは、5G通信ベースステーション、レーダーシステム、電子対策、その他のフィールドでかけがえのない利点があります。

Ⅲ。コーティングとしての炭化シリコン（sic）の適用

SICコーティングは通常、グラファイト、セラミック、金属などの基質の表面にCVDメソッドで堆積して、基質SICの優れた特性を提供します。

特定のアプリケーションシナリオと使用：

1）プラズマエッチング機器コンポーネント：

コンポーネントの例：シャワーヘッド、チャンバーライナー、ESCサーフェス、フォーカスリング、エッチングウィンドウ。

用途：プラズマ環境では、これらの成分は高エネルギーイオンと腐食性ガスによって攻撃されます。 SICコーティングは、これらの重要な成分を、高硬度、高い化学物質の安定性、および血漿侵食に対する耐性を伴う損傷から保護します。

アプリケーション値：コンポーネントの寿命を延ばし、コンポーネントの侵食によって生成された粒子を削減し、プロセスの安定性と再現性を改善し、メンテナンスコストとダウンタイムを削減し、ウェーハ処理の清潔さを確保します。

2）エピタキシャル成長機器コンポーネント：

コンポーネントの例：容疑者/ウェーハキャリア、ヒーター要素。

用途：高温の高純度エピタキシャル成長環境では、SICコーティング（通常は高純度SIC）が優れた高温安定性と化学的不活性を提供して、プロセスガスとの反応や不純物の放出を防ぐことができます。

アプリケーション値：エピタキシャル層の品質と純度を確保し、温度の均一性と制御の精度を向上させます。

3）その他のプロセス機器コンポーネント：

コンポーネントの例：MOCVD機器のグラファイトディスク、SICコーティングボート（拡散/酸化のためのボート）。

用途：腐食耐性、高温耐性の高純度表面を提供します。

アプリケーション値：プロセスの信頼性とコンポーネントの寿命を改善します。

Ⅳ。他の特定の製品コンポーネント（その他の特定の製品コンポーネント）としての炭化シリコン（sic）の適用

基質とコーティングであることに加えて、SIC自体は、優れた包括的なパフォーマンスにより、さまざまな精度コンポーネントに直接処理されます。

特定のアプリケーションシナリオと使用：

1）ウェーハの取り扱いと転送コンポーネント：

コンポーネントの例：ロボットエンドエフェクター、真空チャック、エッジグリップ、リフトピン。

使用：これらのコンポーネントには、粒子が生成されず、ウェーハの傷が生成されず、高速で高精度でウェーハを輸送する際の温度変化による変形が生成されないようにするために、高い剛性、高い耐摩耗性、低熱膨張、高純度が必要です。

アプリケーション値：ウェーハ伝送の信頼性と清潔さを改善し、ウェーハの損傷を減らし、自動生産ラインの安定した動作を確保します。

2）高温プロセス機器構造部品：

コンポーネントの例：拡散/酸化、ボート/カンチレバー、熱電対保護チューブ、ノズルのための炉チューブ。

アプリケーション：SICの高温強度、熱衝撃耐性、化学的不活性、低汚染特性を利用します。

アプリケーション値：高温の酸化、拡散、アニーリング、その他のプロセスで安定したプロセス環境を提供し、機器の寿命を延ばし、メンテナンスを削減します。

3）精密セラミックコンポーネント：

コンポーネントの例：ベアリング、シール、ガイド、ラッププレート。

アプリケーション：SICの高い硬度、耐摩耗性、耐食性、寸法の安定性を利用します。

アプリケーション値：CMP（化学機械研磨）機器で使用される一部のコンポーネントなど、高精度、長寿命、および過酷な環境に対する抵抗を必要とするいくつかの機械的コンポーネントの優れた性能。

4）光学コンポーネント：

コンポーネントの例：UV/X線光学系、光ウィンドウのミラー。

用途：SICの高い剛性、低熱膨張、高い熱伝導率、ポリッシュ性により、大規模で安定性のミラーを製造するのに理想的な材料になります（特に宇宙望遠鏡またはシンクロトロン放射源）。

アプリケーション値：極端な条件下で優れた光学性能と寸法の安定性を提供します。