SiC単結晶成長において、炭化タンタル(TaC)コーティングが炭化ケイ素(SiC)コーティングよりも優れているのはなぜですか? - VeTek半導体

誰もが知っているように、SICシングルクリスタルは、優れた性能を持つ第3世代の半導体材料として、半導体処理および関連フィールドで極めて重要な位置を占めています。適切なものの必要性に加えて、SIC単結晶製品の品質と収量を改善するために単結晶育成プロセス、2400を超える単結晶成長温度により、プロセス機器、特にSIC単結晶の成長に必要なグラファイトトレイと、SIC単結晶成長炉およびその他の関連グラファイト部品のグラファイトるつぼは、清潔さのための非常に厳しい要件を持っています。 。 

これらのグラファイト部品によって SiC 単結晶に導入される不純物は、ppm レベル以下に制御する必要があります。したがって、これらのグラファイト部品の表面には、高温耐性の汚染防止コーティングを施す必要があります。そうしないと、グラファイトは結晶間の結合強度が弱く、不純物が多いため、SiC 単結晶が容易に汚染される可能性があります。

TaCセラミックスは融点が3880℃に達し、硬度が高く（モース硬度9～10）、熱伝導率が大きい（22W・m）^-1・K^-1）、および小さな熱膨張係数（6.6×10⁻⁶K^-1）。彼らは優れた熱化学的安定性と優れた物理的特性を示し、グラファイトとの良好な化学的および機械的互換性を持っていますC/Cコンポジット。 SiC単結晶育成に必要なグラファイト部品に最適な防汚コーティング材です。

TACセラミックと比較して、SICコーティングは1800°C未満のシナリオでの使用により適しており、通常はさまざまなエピタキシャルトレイに使用されます。通常、エピタキシャルトレイと単結晶シリコンエピタキシャルトレイです。

具体的な比較分析を通じて、Tantalum Carbide（TAC）コーティングより優れています炭化シリコン（SIC）コーティングSIC単結晶の成長の過程で、 

主に以下の側面:

●高温抵抗：

TaC コーティングは熱安定性が高く (融点は 3880°C まで)、SiC コーティングは低温環境 (1800°C 以下) により適しています。これは、SiC 単結晶の成長において、TaC コーティングが SiC 結晶成長の物理的蒸気輸送 (PVT) プロセスで必要とされる超高温 (最大 2400 ℃) に十分耐えられることも示しています。

●熱安定性と化学的安定性：

SICコーティングと比較して、TACは化学的不活性と耐食性が高くなっています。これは、るつぼ材料との反応を防ぎ、成長する結晶の純度を維持するために不可欠です。同時に、TACコーティングされたグラファイトは、SICコーティンググラファイトよりも優れた化学腐食耐性を持ち、2600°の高温で安定に使用でき、多くの金属元素とは反応しません。これは、第3世代の半導体単結晶の成長とウェーハエッチングシナリオで最高のコーティングです。この化学的不活性は、プロセスの温度と不純物の制御を大幅に改善し、高品質の炭化シリコンウェーハと関連するエピタキシャルウェーハを準備します。 MOCVD機器がGANまたはAIN単結晶およびPVT機器を栽培してSIC単結晶を栽培するために特に適しており、成長した単結晶の品質が大幅に改善されます。

● 不純物を減らす:

TaC コーティングは、SiC 結晶にマイクロチューブなどの欠陥を引き起こす可能性がある不純物 (窒素など) の混入を制限するのに役立ちます。韓国の東ヨーロッパ大学の研究によると、SiC結晶の成長における主な不純物は窒素であり、炭化タンタルでコーティングされた黒鉛るつぼはSiC結晶への窒素の混入を効果的に制限することができ、それによってマイクロチューブなどの欠陥の発生を減らすことができます。そして結晶の品質を向上させます。研究によると、同じ条件下で、従来の SiC コーティンググラファイトるつぼおよび TAC コーティングるつぼで成長させた SiC ウェーハのキャリア濃度は約 4.5×10 であることが示されています。¹⁷/cmおよび7.6×10¹⁵/cm、それぞれ。

●生産コストの削減：

現在、SIC結晶のコストは高いままであり、グラファイト消耗品のコストは約30％を占めています。グラファイト消耗品のコストを削減するための鍵は、サービスの寿命を延ばすことです。英国の研究チームのデータによると、Tantalum Carbide Coatingは、グラファイト部品のサービス寿命を35〜55％延長することができます。この計算に基づいて、炭化物コーティングされたグラファイトのみを置き換えると、SIC結晶のコストを12％〜18％削減できます。

まとめ

高温抵抗、熱特性、化学的特性、品質の低下、生産の低下、生産の低下などのTAC層とSIC層の比較。角の物理的特性、SIC層の完全な美容説明SIC結晶生産長不可解性。

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