碳化矽塗層於半導體與光電產業之應用：材料世界網

吳金寶、陳泰盛、黃俊偉、施進德／工研院材化所

石墨因其化學和機械穩定性以及熱和電特性，應用在許多高溫環境中。在半導體應用當中，這些特性以及與矽和其他材料的兼容性被廣泛使用。然而，當石墨在高溫下使用時，即在等離子環境中，它在化學上是不穩定的，並且會與氣體環境反應，形成與該過程相互作用的化合物。石墨也是一種非常多孔的材料，可以將化合物存儲在可能與該過程相互作用的孔中。藉由碳化矽(SiC)的塗層導入即可解決此問題。SiC塗層具有高耐磨性、耐腐蝕性，並且具有高導熱性，因為它具有許多優點，因此，該塗層在各種工業應用中受到青睞。SiC塗層具備高度的化學穩定性和抗氧化性，可以應用於LED載盤、半導體產業、板材、泵葉片、球閥部件、密封件、軸承和熱交換器等。而全球對於碳化矽塗層的需求約有數十億新台幣之規模。

【內文精選】

SiC厚膜技術國內外發展方向

碳化矽是一種共價鍵的陶瓷材料，屬於寬能隙材料，具備高崩潰電壓、高電場強度、大電流密度特性，此外亦具備高導熱能力，再加上其較一般陶瓷材料具備更良好的硬度、耐熱性、耐氧化性、耐腐蝕性及高導熱性，所以近年碳化矽被廣泛應用在機械工程中的結構件和化學工程中的密封件等，甚至運用在強酸、強鹼、高磨耗、高溫、航太等極端條件的環境，亦可被用來做為車輛用零件、高溫電爐及其他電加熱應用之耐熱零件，或應用於如軸承等設備材料、切削工具、散熱導向的陶瓷結構材料以及脫氧劑材料等（如圖三所示）。再則，SiC擁有比一般陶瓷更高的強度、硬度、彈性係數、耐磨耗及熱衝擊性與化學穩定性等特性，是一種廣泛應用在切削研磨、耐火材、表面披覆以及氣渦輪機與熱交換機等工程的材料。

工研院SiC膜層研發現況

台灣是全球LED磊晶與半導體之生產重鎮，在LED與半導體所使用之SiC石墨盤之成本相當高，目前SiC石墨盤完全仰賴國外廠商提供，一年向國外採購之SiC塗層相關耗材與載具約有10億以上新台幣。因此工研院希望能結合國內業者，開發適合於LED Susceptor應用之SiC厚膜製程及材料技術，期望能降低對國外技術母廠之依賴以及生產成本，並達成國內關鍵材料自主化及SiC石墨盤全製程技術開發目標。目前工研院已經建立SiC膜層關鍵製程技術（圖八）。

圖八、SiC膜層關鍵製程技術

SiC膜層推廣與應用

在SiC膜層的推廣與應用方面，主要包含如圖十四所示之項目。在SiC膜層的建立方面，以理論模擬計算來提高膜層厚度的均勻性。由於現行所使用的一些載具，均具備3D之構型結構，而在作SiC的膜層披覆時，所需求的均是完全披覆，因此如何導入理論模擬計算輔以提高鍍膜的品質與效率，是本技術發展之首要目標。此外，藉由此模擬技術的導入，也可以對大型機台的建置與設計，提供更有效率之鍍膜腔體設計。

在載具的推廣與應用方面，主要包含LED載盤以及半導體製程的退火載盤。首先是LED載盤的部分，由於台灣在全世界半導體與光電生產供應鏈上地位舉足輕重，但要成為國際性的領導廠商，關鍵零組件之技術自有化是重要的因素。在LED產業中，相關設備與關鍵之零組件大多仰賴國外廠商，包括磊晶用的MOCVD設備，其中在磊晶製程用的SiC厚膜石墨盤更是關鍵的耗材備品。而所鍍製之LED載盤，需要符合高溫能耐NH3電漿的侵蝕，且在高溫狀態下LED載盤之熱傳導率與熱均勻性相當重要，如此才能使基材與SiC載盤有良好的傳熱效果，而使基材上之磊晶膜層能具備一樣厚度均勻性。而若將6″ LED載盤置入MOCVD機台做實機測試，由圖十五之結果顯示，應用工研院所提供之載盤，所得到之磊晶結果的PL圖譜STD為1.96%，與國外所製作之載盤其磊晶之PL圖接近。