Pagrindinė išvada:Pasirinkus tinkamą CVD SiC, TaC dangą arba kietą SiC, epitaksijos / ėsdinimo linijose tiesiogiai nustatomas dalelių lygis ir komponento naudojimo laikas. Šiame straipsnyje pateikiamos aiškios pasirinkimo ribos pagal temperatūrą, atmosferą ir procesą, suderintos su pagrindiniais įrangos keitimo sprendimais ir pagrindine metrika, kad būtų lengviau priimti greitus sprendimus ir sumažinti riziką.

GaN MOCVD procesuose grafito pagrindu pagaminti SiC dengti susceptoriai paprastai gali stabiliai veikti šimtus valandų 1100 °C temperatūroje NH3/H2 atmosferoje; tačiau dėl šiluminio lauko nevienodumo dangos eksploatavimo trukmės skirtumai tarp krašto ir centro regionų gali viršyti 50%. SiC PVT kristalų augimo procesuose, kai temperatūra viršija 1600°C, SiC danga pradeda sublimuoti ir irti, todėl reikia pereiti prie TaC dangos arba kietojo SiC tirpalų. Netinkamos komponentų medžiagos pasirinkimo pasekmės – geriausiu atveju eksploatacinių medžiagų keitimas kas 2–3 mėnesius; blogiausiu atveju, visos plokštelių krosnies laužas dėl užteršimo dalelėmis. Šį straipsnį parašė „VeTek Semiconductor“ techninė komanda (vadovaujama dr. Xiao), siekdama sukurti sistemingą sprendimų sistemą „įrangos modelis → proceso sąlygos → komponentų pasirinkimas → gyvenimo trukmės lūkesčiai“ epitaksijos / ėsdinimo / PVT inžinieriams, padedančius greitai suderinti medžiagas, kontroliuoti daleles ir įvertinti tiekėjus.

1. Kaip pasirinkti SiC dangą, TaC dangą arba kietą SiC pagal proceso sąlygas?

Pagrindinė išvada:Nuspręskite pagal tris matmenis „temperatūra → atmosfera → proceso tipas“: pirmenybę teikite CVD SiC dangai esant ≤1600 °C; pasirinkite TaC >2000°C arba stipriai ėsdinančią atmosferą; Pirmenybę teikite kietajam SiC ėsdinimo ir ypač aukštos švaros scenarijams.

Renkantis gamybos liniją, inžinieriai dažniausiai klausia: „Kokioje temperatūroje ir kokioje atmosferoje turiu naudoti „Aixtron/Veeco“ įrangą, kurioje veikia GaN arba SiC epitaksija? Atsakymas nėra sudėtingas, tačiau tris matmenis reikia susieti.

Temperatūros langas yra pirmasis slenkstis

CVD SiC danga vis tiek gali išlaikyti struktūrinį vientisumą žemesnėje nei 2000–2100 °C temperatūroje. Už šio diapazono ribų vyksta nenuoseklus garavimas (pirmiausias silicio garavimas), dėl kurio paviršius šiurkštėja ir padaugėja dalelių. TaC dangos lydymosi temperatūra siekia net 3880°C ir gali išlaikyti itin žemą garų slėgį net PVT kristalų augimo aplinkoje, aukštesnėje kaip 2400°C. Kietasis SiC neturi dangos ir pagrindo sąsajos problemų ir yra tinkamas ėsdinti kameros komponentus, patiriamus pakartotinai šiluminio šoko.

Atmosfera ir korozija lemia dangos cheminį stabilumą

Aplinkoje, kurioje yra NH₃, H₂ arba chloro pagrindu pagamintų dujų, SiC danga veikia gerai, tačiau SiC korozijos greitis aukštoje temperatūroje vandeniliu yra žymiai didesnis nei TaC. Eksperimentiniai duomenys rodo, kad aukštatemperatūriame amoniake TaC korozijos greitis yra maždaug 1/6 SiC, o vandenilyje jis gali būti net 1/10. Todėl standartinėse SiC epitaksijos arba GaN MOCVD sąlygose dažniausiai naudojama SiC danga, o didelės korozijos arba itin aukštos temperatūros scenarijai turi pereiti prie TaC.

Proceso tipo ir komponento funkcijų suderinimas

• GaN MOCVD / Si epitaksė: pirmenybė teikiama didelio grynumo grafitu + CVD SiC dengtam susceptoriui, pakaitinimo žiedui

• SiC PVT kristalų augimas: primygtinai rekomenduojame TaC dangą grafito karštosios zonos komponentams

• Plazminis ėsdinimas (fokusavimo žiedas ir kt.): galimas ir kietas SiC, arba SiC dengtas grafitas, atsižvelgiant į dalelių reikalavimus ir kainą

• Svarbiausios kameros dalys, ypač jautrios dalelėms: pirmenybė teikiama kietajam SiC be dangos sąsajos

1 pav. „VeTek“ pagrindinio produkto demonstracija

2. Aixtron / Veeco grafito susceptorių suderinamumas ir individualūs keitimo sprendimai

Pagrindinė išvada:VeTek palaiko 1:1 pritaikymą pagal klientų brėžinius arba originalias atsargines dalis, apimančias pagrindines platformas, tokias kaip Aixtron G10, Veeco K465i, ASM Epsilon ir kt. Standartiniai produktai gali būti greitai išsiųsti; individualizuotos dalys paprastai užtrunka 3–6 savaites.

Daugelis inžinierių nerimauja ne dėl to, „ar jis gali būti pagamintas“, bet „ar jis gali būti toks pat stabilus kaip originalios dalys, su kontroliuojamu pristatymo laiku ir turimomis išsamiomis patikrinimo ataskaitomis“. Viena iš pagrindinių VeTek galimybių yra pilnas pritaikymas pagal brėžinius, išlaikant suderinamumą su pagrindiniais įrangos prekių ženklais.

Pagrindinės įrangos suderinamumo greita nuoroda

Toliau pateikta lentelė gali būti tiesiogiai naudojama vidaus techninei peržiūrai arba pirkimų vertinimui:

Realiuose projektuose iš klientų dažnai gauname originalias atsargines dalis arba CMM brėžinius. Techninė komanda, patvirtinusi šiluminio lauko atitiktį ir matmenų leistinus nuokrypius, pateiks rekomendacijas dėl pagrindo grynumo, dangos storio ir paviršiaus šiurkštumo bei pateiks pavyzdžius kliento įrankiui patikrinti.

3. Pagrindinės CVD SiC dangos storio vienodumo ir dalelių kontrolės metrikos

Pagrindinė išvada:Storio vienodumas kontroliuojamas ± 5 %, tankis, artimas teorinei vertei, ir kontroliuojamas paviršiaus šiurkštumas yra pagrindinis veiksnys, apsaugantis nuo miltelių išsiliejimo ir dalelių užteršimo. Grynumo tikslas yra mažesnis nei 5 ppm, o kritinės metalo priemaišos stebimos GDMS / ICP-OES.

Dalelių problemos yra beveik kiekvieno epitaksijos inžinieriaus košmaras. Kai ant dangos atsiranda vietinių plonų dėmių, porų ar mikro įtrūkimų, milteliai išsiskirs pakartotinai veikiant terminiams ciklams ir korozinėms dujoms, tiesiogiai padidindami plokštelės defektų tankį.

Storis ir vienodumas

Įprastas CVD SiC dangos storis yra 100–200 μm. Naudodamas proceso parametrus ir srauto lauko valdymą, VeTek stabilizuoja storio vienodumą ±5%. Po daugiau nei 1000 terminio šoko ciklų (kambario temperatūra ↔ 1100 °C) danga nesisluoksniuoja ir gali atitikti griežtus GaN MOCVD reikalavimus, kai dalelių defektai yra ≤0,1/cm².

Grynumas ir patikrinimas

Bendras dangos ir komponentų grynumas gali būti mažesnis nei 5 ppm, o kai kurie produktai siekia 99,99995%. Metalo pėdsakų analizei naudojame ICP-OES ir GDMS, kad užtikrintume, kad kritinės priemaišos, tokios kaip Fe ir Ni, liktų kontroliuojamais lygiais, išvengiant trukdžių epitaksinio sluoksnio dopingui arba nešiklio koncentracijai.

Tankis ir paviršiaus būklė

CVD būdu suformuoto β-SiC polikristalinio sluoksnio tankis yra artimas teorinei vertei (apie 3,21 g/cm³), o poringumas yra ypač mažas. Paviršiaus šiurkštumas (Ra) gali būti reguliuojamas pagal kliento procesų reikalavimus, užtikrinant pakankamą mechaninį blokavimą ir išvengiant tapti dalelių generavimo šaltiniu.

2 pav. CVD SiC dangos GDMS tikrinimo ataskaita

4. Atvejo tyrimas: Kraštų pageltimo pašalinimas, siekiant pagerinti dangos išeigą nuo 50 % iki 90 %

Pagrindinė išvada:Tiksliai kontroliuodamas pradinį nusodinimo greitį ir srauto lauką, kad pašalintų mikroįtempimą, „VeTek“ pagerino kliento MOCVD grafito susceptoriaus dangos išeigą nuo maždaug 50 % iki 90 % ir žymiai pailgino tarnavimo laiką.

Tai tikra istorija, nutikusi gamybos linijoje. Klientas pranešė apie kai kurių grafito susceptorių briaunų pageltimą ir polinkį luptis, todėl bendra partijos dangos išeiga ilgą laiką svyravo apie 50 %, o linijos priežiūros išlaidos yra didelės ir plokštelių rizika.

Įsikišus daktaro Xiao vadovaujamai techninei komandai, buvo sutelktos dvi kryptys: pirma, nusėdimo greitis pradiniame etape buvo per greitas, todėl dangoje susikaupė vidinis įtempis; antra, srauto lauko skirtumai tarp krašto ir centro regionų lėmė vietinį per didelį arba per mažą storį. Optimizavus MTS/H₂ santykį, nusodinimo temperatūros profilį ir armatūros srauto lauko dizainą, mikroįtempimas buvo veiksmingai pašalintas. Galiausiai šios partijos dangos išeiga ir vėlesnė gamyba stabilizavosi virš 90%, buvo aiškiai pailgintas kliento keitimo ciklas, o skundų dėl dalelių labai sumažėjo.

Šis atvejis parodo: „gebėjimas apsivilkti“ yra tik išeities taškas; „Stabilus, ilgai tarnaujantis ir kontroliuojantis daleles padengimas“ yra tikroji vertė, kuria rūpinasi inžinieriai. Duomenys kalba garsiau nei bet kokia reklama.

3 pav. Aukšto grynumo CVD silicio karbidu dengtas grafito susceptorius su vienoda paviršiaus spalva ir be defektų

5. Kietojo SiC ir padengto grafito dalių skirtumai ir taikomi scenarijai

Pagrindinė išvada:Dengtos grafito dalys turi mažesnę kainą ir greitesnę šiluminę reakciją, tinka daugumai epitaksinių susceptorių; Kietasis SiC neturi sąsajos rizikos ir yra stipresnis atsparumas plazmai, tinkamas aukštų reikalavimų ėsdinimo komponentams ir itin ilgo eksploatavimo trukmės scenarijams.

Daugelyje atrankos susitikimų kyla sunkumų: ar turėtume naudoti padengtą grafitą, ar eiti tiesiai į kietąjį SiC? Tai ne tik „kas yra geriau“, bet ir kompromisas tarp taikymo scenarijaus ir bendrųjų nuosavybės išlaidų (TCO).

Dengtų grafito dalių privalumai:Didelis substrato šilumos laidumas, greitas įkaista, kontroliuojamos išlaidos; danga užtikrina cheminį barjerą ir dalelių slopinimą. Tinka didelio dydžio GaN/SiC epitaksiniams susceptoriams, kuriems reikalingas didelis šiluminis vienodumas.

Kietojo SiC privalumai:Monolitinis β-SiC be dangos ir substrato sąsajos, be delaminacijos rizikos; grynumas gali siekti 5N–7N, išskirtinis atsparumas plazmos erozijai, tinka svarbioms ėsdinimo dalims, tokioms kaip fokusavimo žiedai ir dušo galvutės, tarnavimo laikas iki 2000+ valandų.

6. Komponentas Viso gyvavimo ciklo valdymas ir valymo bei regeneravimo vertė

Pagrindinė išvada:Nuo montavimo stebėjimo ir įspėjimo apie anomalijas iki profesionalaus valymo ir regeneravimo, suformavus uždarojo ciklo valdymą galima žymiai sumažinti TCO ir sumažinti naujų dalių pirkimo dažnumą. VeTek teikia specialias Aixtron/Veeco ir kitos įrangos valymo paslaugas.

Daugelis gamyklų dengtas dalis traktuoja kaip „naudoti ir išmesti“ eksploatacines medžiagas. Iš tikrųjų po profesionalaus valymo ir regeneravimo didelė dalis komponentų gali būti atstatyti iki dalelių lygio ir šiluminės charakteristikos, esančios arti naujų dalių, ypač susceptorių ir išankstinio pašildymo žiedų, skirtų Aixtron ir Veeco platformoms.

Rekomenduojama sudaryti paprastą gyvavimo ciklo žurnalą: įrašyti montavimo laiką, bendras darbo valandas, paviršiaus būklę po kiekvieno valymo ir dalelių bandymo rezultatus. Tik tada, kai matomas akivaizdus dangos pageltimas, vietinis išsisluoksniavimas arba nuolatinis dalelių perteklius, turėtų būti priimtas sprendimas pakeisti jį, o ne per anksti išbraukti, remiantis jausmu.

4 pav. CVD SiC dangos grafito dalių valymo paslauga

7. Tiekėjų vertinimo taškai ir „VeTek“ paslaugų galimybės

Pagrindinė išvada:Dėmesys ISO9001 sistemai, išsamioms patikros ataskaitoms (GDMS/ICP-OES), pavyzdžių palaikymui, patikimumui laiku ir anglų techninio ryšio galimybėms. „VeTek“ turi visą parą veikiančią palaikymą ir klientų aptarnavimo patirtį užsienyje.

Tarptautiniams klientams ar gamykloms, kurioms taikomi griežti tiekėjų kvalifikacijos reikalavimai, šie punktai yra ypač svarbūs:

• Kokybės sistema: ISO9001, procesas kontroliuojamas ir atsekamas.

• Patikrinimo galimybės: Pateikite išsamias dangos ir pagrindo medžiagos analizės ataskaitas.

• Mėginiai ir pristatymo laikas: palaikykite mėginių įvertinimą; standartiniai gaminiai pristatomi greitai, individualios dalys paprastai pristatomos per 3–6 savaites, skubūs užsakymai gali būti atliekami greičiau, kai deramasi.

• Techninė komunikacija: tiek pardavimų, tiek inžinierių komandos gali laisvai bendrauti anglų kalba, sumažindamos ryšių išlaidas užsienio klientams.

• Atsakymas po pardavimo: suteikite techninę pagalbą ir gedimų analizės pagalbą, kai dangoje arba komponentuose yra nukrypimų.

5 pav. Visas VeTek produkto užsakymo procesas

8. DUK

(1). Ar produktas palaiko visišką pritaikymą pagal brėžinius? Kurią pagrindinę įrangą jis gali atitikti?

Taip. Galima pritaikyti susceptorių, išankstinio pašildymo žiedą, nukreipimo žiedą, pusmėnulio, fokusavimo žiedą ir kt., suderinamą su tokiomis platformomis kaip Aixtron G10, Veeco, ASM, AMEC, TEL.

(2). Kaip garantuojamas grynumas? Kokiu lygiu kontroliuojamos metalo priemaišos?

Dangos ir komponentų grynumas gali būti mažesnis nei 5 ppm, kai kurie siekia 99,99995%. ICP-OES, GDMS ir kita įranga naudojama pėdsakų analizei, pateikiant išsamias ataskaitas.

(3). O kaip dėl CVD SiC/TaC dangų storio vienodumo ir tarnavimo laiko?

Storio vienodumas paprastai kontroliuojamas ±5%, storis 100–200 μm. Esant atitinkamiems proceso langams, GaN MOCVD susceptoriaus tarnavimo laikas gali siekti 500–1000 valandų diapazoną; ypač aukštos temperatūros scenarijus reikalauja pereiti prie TaC arba Solid SiC.

(4). Ar palaikomas mėginių testavimas? Koks yra įprastas masinių užsakymų vykdymo laikas?

Pavyzdžių vertinimas palaikomas. Standartiniai produktai gali būti greitai išsiųsti; Individualizuotos dalys paprastai užtrunka 3–6 savaites, priklausomai nuo konstrukcijos sudėtingumo ir apimties. Skubūs užsakymai gali būti vykdomi greičiau, derantis.

(5). Kokie kokybės sistemos sertifikatai yra prieinami? Ar gali būti teikiamos patikrinimo ataskaitos ir pagalba po pardavimo?

Įdiegta ISO9001 kokybės valdymo sistema. Gali būti teikiamos medžiagų ir dangų analizės ataskaitos, taip pat visą parą teikiama techninė pagalba internetu. Anglų kalbos bendravimas su užsienio klientais yra sklandus.

9. Santrauka ir tolesni veiksmai

Atranka niekada nėra „išsirinkti brangiausią“ ar „pasirinkti storiausią“, o „rasti sprendimą su geriausiu našumo ir sąnaudų balansu pagal jūsų įrangą, proceso langą ir dalelių biudžetą“. Tikimės, kad šis vadovas padės greitai nustatyti sprendimo sistemą: pirmiausia pažiūrėkite į temperatūrą ir atmosferą, tada suderinkite dangą arba kietąjį SiC ir galiausiai patvirtinkite eksploatavimo laiką bei dalelių veikimą pagal duomenis.

Jei vertinate susceptorių, pakaitinimo žiedų ar karštųjų zonų komponentų pakeitimo sprendimus Aixtron, Veeco ar kitose platformose, kviečiame susisiekti tiesiogiai su VeTek technine komanda. Remdamiesi jūsų brėžiniais ar esamomis atsarginėmis dalimis galime pateikti pritaikymo rekomendacijas, pavyzdinį palaikymą ir išsamias patikros ataskaitas. Daktaras Xiao ir inžinierių komanda yra pasirengę bet kada su jumis aptarti terminio lauko optimizavimo ar specialių konstrukcijų kūrimo poreikius.

Norėdami gauti daugiau informacijos apie gaminį ir daugiau techninės informacijos, prašomesusisiekite su mumis.

Pagrindinės nuorodos ir duomenų šaltiniai

1. VeTek Semiconductor vidiniai inžineriniai duomenys – SiC padengto grafito susceptoriaus tarnavimo laikas 500–1000 valandų, naudojant GaN MOCVD procesą, dangos išeiga pagerėjo nuo 50% iki 90%, pašalinus krašto pageltimą, ir kiti praktiniai atvejai [1].

2. T/CASME 2000-2025 techninė silicio karbidu dengtų grafito susceptorių, skirtų puslaidininkinei epitaksijai, specifikacija. Nurodomi techniniai reikalavimai SiC dengtiems grafito susceptorių, paruoštų CVD būdu ant didelio grynumo izostatinio grafito substratų, taikomi puslaidininkių epitaksijos gaminiams.

3. T/CASME 2085-2025 Tantalo karbidu dengtų gaminių, skirtų silicio karbido kristalams auginti, techninė specifikacija. Techninės specifikacijos TaC dengtiems grafito gaminiams pagal SiC kristalų augimo scenarijus.

4. Nakamura ir kt., „Sukepintos tantalo karbido dangos ant grafito pagrindo: labai patikimos apsauginės dangos masiniam ir epitaksiniam augimui“, Applied Physics Letters, Vol. 106, 082108, 2015. — Patvirtina, kad TaC dangos gali veiksmingai apsaugoti grafito pagrindą esant aukštai temperatūrai (>2000°C) ir stipriai korozinei atmosferai, sudarydamos aiškią SiC dangų veikimo ribą.

5. Wang ir kt., „Karbonizuoto buferinio sluoksnio poveikis SiC augimui ant Si“, Journal of Crystal Growth, Vol. 199, p. 564–567, 1999. — Aptaria buferinio sluoksnio poveikį ir paviršiaus morfologijos kontrolę SiC CVD augimo procese, indeksuotą Scopus ir Web of Science.

Pastaba: teksto eksploatavimo trukmė ir našumo duomenys yra tipinės atskaitos vertės. Faktinį veikimą įtakoja konkrečios proceso sąlygos, įrangos būsena ir priežiūros lygis. Prašome patikrinti realius išmatavimus.

Autorius:„VeTek“ puslaidininkių techninės inžinerijos komanda (baigta vadovaujant dr. Xiao)

Dėl tolesnės techninės diskusijos ar pavyzdžio įvertinimo susisiekite su mumis oficialioje svetainėje.