Op it stuit, de tredde generaasje fan semiconductors wurdt dominearre trochsilisiumkarbid. Yn 'e kostenstruktuer fan har apparaten makket it substraat 47%, en de epitaksy foar 23%. De twa tegearre goed foar likernôch 70%, dat is it wichtichste part fan 'esilisiumkarbidapparaat manufacturing yndustry keten.
De meast brûkte metoade foar tariedingsilisiumkarbidsingle kristallen is de PVT (fysike dampferfier) metoade. It prinsipe is om de grûnstoffen te meitsjen yn in hege temperatuersône en it siedkristal yn in relatyf lege temperatuersône. De grûnstoffen by in hegere temperatuer ûntbine en produsearje direkt gasfase stoffen sûnder floeibere faze. Dizze gasfaze stoffen wurde ferfierd nei it sied crystal ûnder de oandriuwing fan de axial temperatuer gradient, en nucleate en groeie by de sied crystal te foarmjen in silisium carbid single crystal. Op it stuit brûke bûtenlânske bedriuwen lykas Cree, II-VI, SiCrystal, Dow en ynlânske bedriuwen lykas Tianyue Advanced, Tianke Heda, en Century Golden Core allegear dizze metoade.
D'r binne mear dan 200 kristalfoarmen fan silisiumkarbid, en heul krekte kontrôle is nedich om de fereaske ienkristalfoarm te generearjen (de mainstream is 4H-kristalfoarm). Neffens it prospectus fan Tianyue Advanced wiene de opbringsten fan kristalstangen fan it bedriuw yn 2018-2020 en H1 2021 respektivelik 41%, 38.57%, 50.73% en 49.90%, en de substraatopbringsten wiene 72.51%, 4.705% en 49.90%. 75,47% respektivelik. De wiidweidige opbringst is op it stuit mar 37,7%. Troch de mainstream PVT-metoade as foarbyld te nimmen, is de lege opbringst benammen te tankjen oan 'e folgjende swierrichheden by de tarieding fan SiC-substraat:
1. Swierrichheid yn temperatuerfjildkontrôle: SiC-kristalstangen moatte wurde produsearre op in hege temperatuer fan 2500 ℃, wylst silisiumkristallen allinich 1500 ℃ nedich binne, sadat spesjale ienkristalofen nedich binne, en de groeitemperatuer moat krekt kontrolearre wurde by produksje , dat is ekstreem dreech te kontrolearjen.
2. Slow produksje snelheid: De groei taryf fan tradisjonele silisium materialen is 300 mm per oere, mar silisium carbid single kristallen kinne allinnich groeie 400 microns per oere, dat is hast 800 kear it ferskil.
3. Hege easken foar goede produkt parameters, en swarte doaze opbringst is dreech te kontrolearjen yn 'e tiid: De kearn parameters fan SiC wafers befetsje microtube tichtens, dislocation tichtens, resistivity, warpage, oerflak rûchheid, ensfh Tidens it kristal groei proses, it is nedich om parameters krekt te kontrolearjen lykas silisium-koalstof-ferhâlding, groeitemperatuergradient, kristalgroeisnelheid, en luchtstreamdruk. Oars sille polymorphyske ynklúzjes wierskynlik foarkomme, wat resulteart yn ûnkwalifisearre kristallen. Yn 'e swarte doaze fan' e grafytkroes is it ûnmooglik om de kristalgroeistatus yn realtime te observearjen, en heul krekte thermyske fjildkontrôle, materiaal oerienkomst en ûnderfiningakkumulaasje binne fereaske.
4. Swierrichheid yn kristal útwreiding: Under de gas faze ferfier metoade, de útwreiding technology fan SiC kristal groei is ekstreem dreech. As de kristalgrutte nimt ta, nimt de groeiproblemen eksponentieel ta.
5. Algemien lege opbringst: Lege opbringst is benammen gearstald út twa keppelings: (1) Crystal rod opbringst = semiconductor-grade crystal rod output / (semiconductor-grade crystal rod útfier + non-semiconductor-grade crystal rod útfier) × 100%; (2) Substraatopbringst = kwalifisearre substraatútfier / (kwalifisearre substraatútfier + net kwalifisearre substraatútfier) × 100%.
Yn 'e tarieding fan hege kwaliteit en hege opbringstsilisiumcarbid substraten, De kearn hat bettere termyske fjildmaterialen nedich om de produksjetemperatuer krekt te kontrolearjen. De termyske fjildkroes-kits dy't op it stuit brûkt wurde binne benammen hege-suvere grafytstrukturele dielen, dy't wurde brûkt om koalstofpoeder en silisiumpoeder te ferwaarmjen en te smelten en waarm te hâlden. Graphite materialen hawwe de skaaimerken fan hege spesifike sterkte en spesifike modulus, goede termyske skok ferset en corrosie ferset, mar se hawwe de neidielen fan in wêzen maklik oxidized yn hege-temperatuer soerstof omjouwings, net resistint foar ammoniak, en min scratch ferset. Yn it proses fan silisiumkarbid single crystal groei ensilisiumkarbid epitaksiale waferproduksje, it is lestich om te foldwaan oan minsken syn hieltyd strangere easken foar it brûken fan grafyt materialen, dy't serieus beheint syn ûntwikkeling en praktyske tapassing. Dêrom binne coatings mei hege temperatueren lykas tantaalkarbid begon te ûntstean.
2. Skaaimerken fanTantaal Carbide Coating
TaC keramyk hat in smeltpunt fan oant 3880 ℃, hege hurdens (Mohs hurdens 9-10), grutte termyske conductivity (22W · m-1 · K−1), grutte bûge sterkte (340-400MPa), en lytse termyske útwreiding koëffisjint (6,6 × 10-6K-1), en fertoant poerbêst thermochemical stabiliteit en treflike fysike eigenskippen. It hat goede gemyske kompatibiliteit en meganyske kompatibiliteit mei grafyt en C / C gearstalde materialen. Dêrom wurdt TaC-coating in protte brûkt yn thermyske beskerming fan romtefeart, groei fan ien kristal, enerzjyelektronika en medyske apparatuer.
TaC-coatedgrafyt hat bettere gemyske corrosie ferset as bleate grafyt of SiC-coated grafyt, kin stabyl brûkt wurde by hege temperatueren fan 2600 °, en reagearret net mei in protte metalen eleminten. It is de bêste coating yn de tredde-generaasje semiconductor single crystal groei en wafer etsen senario. It kin signifikant ferbetterje de kontrôle fan temperatuer en ûnreinheden yn it proses en tariedehege kwaliteit silisiumcarbid wafersen besibbeepitaksiale wafers. It is benammen gaadlik foar it groeien fan GaN- as AlN-ienkristallen mei MOCVD-apparatuer en groeiende SiC-ienkristallen mei PVT-apparatuer, en de kwaliteit fan 'e groeide single-kristallen is signifikant ferbettere.
III. Foardielen fan Tantalum Carbide Coated Apparaten
It gebrûk fan Tantalum Carbide TaC-coating kin it probleem fan kristalrândefekten oplosse en de kwaliteit fan kristalgroei ferbetterje. It is ien fan 'e kearn technyske rjochtingen fan "hurd groeie, dik groeie en lang groeie". Yndustry ûndersyk hat ek sjen litten dat Tantalum Carbide Coated Graphite Crucible kin berikke mear unifoarme ferwaarming, dêrmei it jaan fan poerbêst proses kontrôle foar SiC single crystal groei, dus gâns ferminderjen fan de kâns fan polycrystalline formaasje oan de râne fan SiC kristallen. Derneist hat Tantalum Carbide Graphite Coating twa grutte foardielen:
(I) It ferminderjen fan SiC-defekten
Wat it kontrolearjen fan SiC-ienkristaldefekten oanbelanget, binne d'r normaal trije wichtige manieren. Neist it optimalisearjen fan groeiparameters en boarnematerialen fan hege kwaliteit (lykas SiC-boarnepoeder), kin it brûken fan Tantalum Carbide Coated Graphite Crucible ek in goede kristalkwaliteit berikke.
Skematyske diagram fan konvinsjonele grafytkroes (a) en TAC-coated kroes (b)
Neffens ûndersyk troch de Universiteit fan East-Jeropa yn Korea, is de wichtichste ûnreinheid yn SiC kristal groei stikstof, en tantaal carbid coated grafyt kroesen kinne effektyf beheine de stikstof ynkorporaasje fan SiC kristallen, dêrmei ferminderjen fan de generaasje fan defekten lykas micropipes en ferbetterjen kristal kwaliteit. Stúdzjes hawwe oantoand dat ûnder deselde omstannichheden de dragerkonsintraasjes fan SiC-wafers groeid yn konvinsjonele grafytkroezen en TAC-coated kroezen binne respektivelik sawat 4.5 × 1017 / cm en 7.6 × 1015 / cm.
Fergeliking fan defekten yn SiC-ienkristallen groeid yn konvinsjonele grafytkroezen (a) en TAC-coated kroesen (b)
(II) It ferbetterjen fan it libben fan grafytkroezen
Op it stuit binne de kosten fan SiC-kristallen heech bleaun, wêrfan de kosten fan grafyt-verbruiksartikelen sawat 30% binne. De kaai foar it ferminderjen fan de kosten fan grafyt verbruiksartikelen is it fergrutsjen fan syn libbensdoer. Neffens gegevens fan in Britsk ûndersyksteam kinne tantaalkarbid-coatings it libben fan grafytkomponinten mei 30-50% ferlingje. Neffens dizze berekkening kin allinich it ferfangen fan it tantaalkarbid-coated grafyt de kosten fan SiC-kristallen ferminderje mei 9% -15%.
4. Tantalum carbid coating tarieding proses
TaC coating tarieding metoaden kinne wurde ferdield yn trije kategoryen: fêste faze metoade, floeibere faze metoade en gas faze metoade. De fêste faze metoade befettet benammen reduksje metoade en gemyske metoade; de metoade fan floeibere faze omfettet smelte sâlt metoade, sol-gel metoade (Sol-Gel), slurry-sintering metoade, plasma spuiten metoade; de gasfasemetoade omfettet gemyske dampdeposysje (CVD), gemyske dampinfiltraasje (CVI) en fysike dampdeposysje (PVD). Ferskillende metoaden hawwe har eigen foardielen en neidielen. Under harren is CVD in relatyf folwoeksen en in soad brûkte metoade foar it tarieden fan TaC-coatings. Mei de trochgeande ferbettering fan it proses, nije prosessen lykas hot wire gemyske dampdeposition en ion beam assistearre gemyske dampdeposition binne ûntwikkele.
TaC coating modifisearre koalstof-basearre materialen foaral omfetsje grafyt, koalstoffaser, en koalstof / koalstof gearstalde materialen. De metoaden foar it tarieden fan TaC-coatings op grafyt omfetsje plasmaspuiten, CVD, slurry sintering, ensfh.
Foardielen fan CVD-metoade: De CVD-metoade foar it tarieden fan TaC-coatings is basearre op tantaalhalide (TaX5) as tantaalboarne en koalwetterstof (CnHm) as koalstofboarne. Under bepaalde betingsten wurde se respektivelik ûntbûn yn Ta en C, en reagearje dan mei elkoar om TaC-coatings te krijen. De CVD-metoade kin wurde útfierd by in legere temperatuer, dy't defekten en fermindere meganyske eigenskippen kinne foarkomme feroarsake troch hege temperatuer tarieding of behanneling fan coating oant in bepaalde mjitte. De gearstalling en struktuer fan 'e coating binne kontrolearber, en it hat de foardielen fan hege suverens, hege tichtens en unifoarme dikte. Noch wichtiger, de gearstalling en struktuer fan TaC-coatings taret troch CVD kinne wurde ûntwurpen en maklik kontroleare. It is in relatyf folwoeksen en in soad brûkte metoade foar it tarieden fan hege kwaliteit TaC-coatings.
De kearnbeynfloedzjende faktoaren fan it proses omfetsje:
A. Gasstreamrate (tantaalboarne, koolwaterstofgas as koalstofboarne, dragergas, ferwetteringsgas Ar2, ferminderjend gas H2): De feroaring yn gasstreamrate hat in grutte ynfloed op it temperatuerfjild, drukfjild en gasstreamfjild yn de reaksje keamer, resultearret yn feroarings yn de gearstalling, struktuer, en prestaasjes fan de coating. It fergrutsjen fan de Ar flow rate sil fertrage de coating groei taryf en ferminderjen de nôt grutte, wylst de molêre massa ratio fan TaCl5, H2, en C3H6 beynfloedet de coating gearstalling. De molêre ferhâlding fan H2 oant TaCl5 is (15-20):1, wat mear geskikt is. De molêre ferhâlding fan TaCl5 oant C3H6 is teoretysk tichtby 3:1. Oermjittige TaCl5 of C3H6 sil de formaasje fan Ta2C of frije koalstof feroarsaakje, wat de kwaliteit fan 'e wafel beynfloedet.
B. Deposition temperatuer: De hegere de deposition temperatuer, de flugger de deposition rate, de grutter de nôt grutte, en de rûger de coating. Derneist, de temperatuer en snelheid fan koalwetterstof ûntbining yn C en TaCl5 ûntbining yn Ta binne oars, en Ta en C binne mear kâns te foarmjen Ta2C. Temperatuer hat in grutte ynfloed op TaC coating modifisearre koalstof materialen. As de ôfsettingtemperatuer ferheget, nimt de ôfsettingsrate ta, de dieltsjegrutte nimt ta, en de dieltsjefoarm feroaret fan sfearysk nei polyhedraal. Dêrneist, hoe heger de ôfsetting temperatuer, de flugger de ûntbining fan TaCl5, de minder frije C sil wêze, hoe grutter de stress yn 'e coating, en skuorren sille maklik wurde generearre. Lege ôfsettingstemperatuer sil lykwols liede ta legere effisjinsje fan coatingôfsetting, langere ôfsettingstiid en hegere grûnstofkosten.
C. Deposition druk: Deposition druk is nau besibbe oan de frije enerzjy fan it materiaal oerflak en sil beynfloedzje de gas residinsje tiid yn 'e reaksje keamer, dêrmei ynfloed op de nucleation snelheid en dieltsje grutte fan de coating. As de deposition druk nimt ta, de gas residinsje tiid wurdt langer, de reactants hawwe mear tiid te ûndergean nucleation reaksjes, de reaksje taryf nimt ta, de dieltsjes wurde grutter, en de coating wurdt dikker; oarsom, as de deposition druk nimt ôf, de reaksje gas residinsje tiid is koart, de reaksje taryf fertraagt, de dieltsjes wurde lytser, en de coating is tinner, mar de deposition druk hat net folle effekt op de kristal struktuer en gearstalling fan de coating.
V. Untwikkeling trend fan tantaal carbid coating
De termyske útwreidingskoëffisjint fan TaC (6,6 × 10-6K-1) is wat oars as dy fan koalstof-basearre materialen lykas grafyt, koalstoffaser, en C / C gearstalde materialen, wat makket ienfaze TaC-coatings gefoelich foar kraken en ôffalle. Om de ablaasje- en oksidaasjebestriding, meganyske stabiliteit op hege temperatuer, en gemyske korrosjebestriding op hege temperatuer fan TaC-coatings fierder te ferbetterjen, hawwe ûndersikers ûndersyk dien nei coatingsystemen lykas gearstalde coatingsystemen, solide oplossing-ferbettere coatingsystemen en gradient coating systemen.
It gearstalde coatingsysteem is om de skuorren fan in inkele coating te sluten. Meastal wurde oare coatings ynfierd yn it oerflak of ynderlike laach fan TaC foar in foarm fan in gearstalde coating systeem; de fêste oplossing fersterkjen coating systeem HfC, ZrC, ensfh hawwe deselde face-centered kubike struktuer as TaC, en de twa carbides kin wêze ûneinich oplosber yn elkoar te foarmjen in fêste oplossing struktuer. De Hf(Ta)C-coating is barstfrij en hat goede adhesion oan it C/C-komposite materiaal. De coating hat poerbêste anty-ablaasjeprestaasjes; de gradient coating systeem gradient coating ferwiist nei de coating komponint konsintraasje lâns syn dikte rjochting. De struktuer kin ferminderjen ynterne stress, ferbetterjen fan de mismatch fan termyske útwreiding koeffizienten, en mije barsten.
(II) Tantalum carbid coating apparaat produkten
Neffens de statistiken en prognoazes fan QYR (Hengzhou Bozhi) berikte de wrâldwide ferkeap fan tantaalcarbid-coatings yn 2021 US $ 1.5986 miljoen (útsein Cree's selsprodusearre en selslevere produkten foar tantaalcarbid-coatingapparaten), en it is noch yn 'e iere stadia fan yndustry ûntwikkeling.
1. Crystal útwreiding ringen en kroes nedich foar crystal groei: Op grûn fan 200 crystal groei ovens per ûndernimming, it merkoandiel fan TaC coated apparaten nedich troch 30 crystal groei bedriuwen is oer 4,7 miljard yuan.
2. TaC trays: Elke tray kin drage 3 wafers, eltse tray kin brûkt wurde foar 1 moanne, en 1 tray wurdt konsumearre foar eltse 100 wafers. 3 miljoen wafels fereaskje 30.000 TaC trays, elke lade is sawat 20.000 stikken, en sawat 600 miljoen binne elk jier nedich.
3. Oare carbon reduksje senario. Lykas hege temperatuer oven lining, CVD nozzle, oven pipen, ensfh, sa'n 100 miljoen.
Post tiid: Jul-02-2024