ファブのエンジニアにホウ素の拡散ラインを遅らせている原因を尋ねると、通常は炉、ガスの流れ、またはレシピのせいにするでしょう。彼らがボートを責めることはめったにありません。ボートは、チューブの中にウエハースを入れてそこに座っているだけの単純で魅力のない運搬船です。しかし、白いもやに覆われ、6桁相当のウェーハのバッチに粒子が飛散し、走行中にひび割れた石英ボートを交換しなければならなかった人に話を聞けば、別の話が聞けるだろう。
ボートはホウ素の拡散において受動的な傍観者ではありません。多くの場合、これが最初に失敗します。その理由を理解すれば、なぜ炭化ケイ素 (SiC) がこのプロセスで密かに選ばれる材料になったのかがよくわかります。
半導体装置 (MOCVD、LPCVD、エピタキシー炉、ドライエッチング/クリーンチャンバーなど) では、ウェーハボート、トレイ、加熱サセプター、チャンバーライナーなどの主要コンポーネントが、高温で腐食性の高い雰囲気 (HCl、Cl2、F ベースのプラズマなど) で長時間動作します。材料の選択は、装置の歩留まり、メンテナンスコスト、耐用年数に直接影響します。現在業界を支配している 2 つの主流テクノロジー ルート:
● グラファイト系SiCコート材（CVD SiCコートグラファイト）
● 固体/バルク SiC 材料 (固体/バルク SiC、通常は CVD 法でも製造)
パワー MOSFET 用のシリコン エピタキシャル層の成長、新エネルギー車用インバータ用の 4H-SiC エピタキシャル ウェーハの製造、または RF デバイス用の GaN-on-SiC エピタキシャル構造の製造など、CVD エピタキシャル リアクタを操作したことがある場合は、プロセス チャンバ内に裸のグラファイトで作られたヒーターやサセプタを目にすることはほとんどないでしょう。代わりに、化学蒸着 (CVD) 炭化ケイ素 (SiC) 層でコーティングされたグラファイト コンポーネントがあり、そのコーティングの厚さは通常 50 ～ 150 マイクロメートルの範囲です。
すべての RF フロントエンド設計者は、最終的には同じ壁にぶつかります。デバイス層のプロセスがどれほど進歩しても、トランジスタの下の基板が挿入損失、アイソレーション、線形性を静かに形成します。従来のシリコンは、たとえ高抵抗のシリコンであっても、ギガヘルツ周波数で電気的に透明になるように作られていませんでした。シリコン・オン・サファイア (SOS) ウェーハ技術は、この問題をエンジニアリングするのではなく、材料レベルで解決します。まさにこれが、この技術が 20 年以上にわたって RF スイッチやフロントエンド モジュールにおいて永続的な地位を占めてきた理由です。
炭化ケイ素 (SiC) 基板は、パワー デバイスや RF デバイスの「基礎」です。その基礎の平坦度、純度、欠陥密度によって、その上にどのような種類の「建物」を建設できるかが直接決まります。
炭化ケイ素 (SiC) 単結晶の成長とエピタキシーは、通常、水素、塩化水素、シランなどの反応性ガスがチャンバー内を流れる状態で、1500°C 以上の炉温度で実行されます。グラファイトは、これらの炉内の標準的な構造材料です。熱伝導がよく、加工が容易で、コストも比較的安価です。しかし、これには明らかな弱点が 1 つあります。それは、高温および腐食性雰囲気に長時間さらされると、グラファイトが徐々に浸食され、その結果生じる炭素粒子が近くで成長している結晶またはエピタキシャル層を汚染するということです。
炭化ケイ素 (SiC) と聞くと、単なる 1 つの材料であると思われがちです。実際、それは’それは真実ではありません。
SiCにはいくつかの種類があり、それぞれ製造方法が異なります。そのため、それぞれの強み、価格、用途が異なります。
したがって、適切な SiC グレードを選択することは、適切な材料を選択することと同じくらい重要です。
半導体製造において、窒化アルミニウム (AlN) は重要な機能材料です。 AlN は、その高い熱伝導率、優れた絶縁特性、広いバンドギャップ (約 6.2 eV)、高絶縁破壊電界、および優れた熱安定性により、GaN LED、パワーデバイス、RF フィルター (SAW/BAW)、MEMS、および紫外線検出器に広範な用途が見出されます。
カーボンファイバー複合材 (CFC) 保護プレートは、熱場の内部で犠牲的な保護バリアとして機能するように設計されています。熱を発生させたり、大きな構造的負荷に耐えたりするのではなく、重要なコンポーネントを粒子、気流による浸食、偶発的な機械的接触、過度の熱放射から保護し、繰り返される高温サイクルを通じて安定した動作環境を維持します。
