VETEK | Kaip pasirinkti SiC dangą, TaC dangą arba kietą SiC pagal proceso sąlygas

Šiame straipsnyje aprašomos taikymo ribos ir tipiniai scenarijaiCVD SiC danga, TaC dangairKietas SiCpagal temperatūrą, atmosferą ir proceso tipą, padedant epitaksijos ir ėsdinimo inžinieriams atrankos metu greitai suderinti proceso langus ir išvengti dalelių ir eksploatavimo trukmės rizikos dėl medžiagų ir sąlygų neatitikimo.

1. Kaip temperatūros langas nustato taikytinas SiC ir TaC ribas?

Pagrindinė išvada:CVD SiC danga išlieka santykinai nepažeista žemesnėje nei 2000–2100 °C temperatūroje; už šio diapazono labiau tikėtinas nenuoseklus garavimas ir didėja dalelių rizika. TaC dangos lydymosi temperatūra yra apie 3880 °C ir vis tiek gali išlaikyti labai žemą garų slėgį PVT aplinkoje, aukštesnėje nei 2400 °C, todėl tai yra tvirtesnis pasirinkimas esant ypač aukštai temperatūrai.

Temperatūra yra pirmieji pasirinkimo vartai. GaN MOCVD ir dauguma Si/SiC epitaksinių procesų dažniausiai patenka į SiC dangos komforto zoną; Aukštesnės temperatūros, ilgesnio ciklo karštosiose zonose, tokiose kaip SiC PVT kristalų augimas, reikia iš naujo įvertinti, ar SiC vis dar yra pakankamas.

SiC dangos temperatūros riba

Žemesnėje nei 2000–2100 °C temperatūroje CVD SiC danga gali išlaikyti struktūrinį vientisumą ir palyginti žemą dalelių lygį. Toliau kylant temperatūrai, lengvas silicio garavimas (neatitinkamas garavimas) padidina paviršiaus šiurkštumą ir padidina miltelių susidarymo riziką, todėl dangos eksploatavimo laikas ir švarumas tampa aiškus slėgis.

TaC dangos pranašumas aukštoje temperatūroje

TaC lydymosi temperatūra yra apie 3880 °C ir vis tiek gali išlaikyti labai žemą garų slėgį ir gerą cheminį stabilumą PVT kristalų augimo aplinkoje aukštesnėje nei 2400 °C temperatūroje, todėl tinka kaip apsauginė danga itin aukštos temperatūros grafito karštosios zonos komponentams. Kai procesas aiškiai patenka į diapazoną, kuriame SiC negali veikti stabiliai, perėjimas prie TaC dažnai yra veiksmingesnis nei tiesiog SiC tirštinimas.

2.Kaip atmosfera ir korozija veikia dangos pasirinkimą?

Pagrindinė išvada:Įprastose epitaksijos atmosferose, kuriose yra NH3, H2 arba chloro pagrindu pagamintų dujų, SiC danga paprastai veikia gerai; aukštos temperatūros vandenilyje ir labai korozinėje aplinkoje TaC korozijos greitis yra žymiai mažesnis (literatūra ir inžineriniai duomenys rodo, kad jis gali būti apie 1/6 SiC aukštos temperatūros amoniake ir dar mažesnis vandenilyje). Reikia iš naujo įvertinti tikrąją atmosferą.

Net kai temperatūra vis dar yra priimtino SiC diapazono ribose, atmosferos korozija gali tapti lemiamu veiksniu. Proceso dujų rūšys, dalinis slėgis ir bendra ekspozicijos trukmė turi įtakos dangos paviršiaus būklei ir eksploatavimo trukmei.

Įprastos epitaksijos atmosferos

Esant įprastoms sąlygoms, tokioms kaip GaN MOCVD ir Si epitaksija, CVD SiC danga jau plačiai naudojama NH₃/H₂ sistemose. Gerai kontroliuojant storio vienodumą ir tankį, terminį stabilumą ir dalelių kontrolę galima pasiekti kartu.

Labai ėsdinanti arba ekstremali atmosfera

Kai atmosfera smarkiai atakuoja SiC arba reikalingas ilgas poveikis aukštesnėje temperatūroje, TaC cheminė inertiškumas ir mažesnis korozijos greitis tampa pranašumais. Pasirinkus reikėtų derinti gamyklos dujų receptūrą, temperatūros profilį ir istorinius gedimo režimus, o ne žiūrėti tik į vieną temperatūros metriką.

3.Kuriems scenarijams tinka kieto SiC ir padengto grafito dalys?

Pagrindinė išvada:Padengtos grafito dalys kainuoja pigiau ir termiškai reaguoja greičiau, tinka daugeliui epitaksinių susceptorių ir išankstinio šildymo žiedų; Kietasis SiC neturi dangos ir substrato sąsajos ir stipresnio atsparumo plazmai, tinka svarbioms ėsdinimo dalims, tokioms kaip fokusavimo žiedai ir scenarijai, kuriems taikomi labai dideli dalelių ir eksploatavimo trukmės reikalavimai.

Kietasis SiC ir „grafitas + danga“ nėra paprastas pakaitalas, o panaudojimo scenarijaus ir TCO kompromisas.

Taikomi dengtų grafito dalių scenarijai

Pagrindas pasižymi dideliu šilumos laidumu, greitu įkaista ir kontroliuojamomis sąnaudomis; CVD SiC arba TaC danga užtikrina cheminį barjerą ir dalelių slopinimą. Tinka didelio dydžio susceptoriams, pakaitinimo žiedams ir kitoms GaN/SiC epitaksijos dalims, kurioms reikalingas geras terminis vienodumas.

Taikomi kietojo SiC scenarijai

Didelė dalis yra β-SiC, be dangos sąsajos ir be delaminacijos rizikos; grynumas gali siekti 5N–7N, pasižymintis išskirtiniu atsparumu plazmos atakai. Tinka svarbioms ėsdinimo kameros dalims, tokioms kaip fokusavimo žiedai ir dušo galvutės, ir linijoms, kurioms reikia žymiai ilgesnių keitimo ciklų ir mažesnės dalelių rizikos. Tinkamų procesų naudojimo trukmė gali siekti 2000+ valandų.

4.Supaprastintas atrankos sprendimo būdas

Pagrindinė išvada:Pirmiausia patikrinkite, ar temperatūra viršija stabilų SiC langą, tada patikrinkite atmosferos koroziją ir galiausiai pasirinkite tarp padengto grafito arba kieto SiC pagal dalies funkciją ir dalelių / eksploatavimo trukmės reikalavimus.

Greita sprendimo seka:

1. Ar temperatūra išlaikoma aukštesnė nei 2000–2100°C? Jei taip, pirmenybę teikite TaC arba kietojo SiC vertinimui.

2. Ar atmosfera smarkiai atakuoja SiC (aukštos temperatūros H₂, labai ėsdinančios dujos ir kt.)? Jei taip, padidinkite TaC svorį.

3. Ar dalis yra svarbus ėsdinimo komponentas, ar nulinė sąsajos atskyrimo tolerancija? Jei taip, pirmenybę teikite kietajam SiC.

4. Kitų įprastų epitaksinių karštųjų zonų dalių atveju CVD SiC dengtos grafito dalys paprastai išlieka našumo ir kainos pusiausvyra, kai yra gerai kontroliuojamas grynumas, storio vienodumas ir tankis.

Trumpas trijų variantų palyginimas

Lentelėje pateikti bendri inžinerinio sprendimo matmenys; faktiniams sprendimams vis dar reikia patikrinti įrangą, dujų receptus ir vidinių gedimų istoriją.

5.Atvejo tyrimas: medžiagų parinkimo apžvalga dėl priešlaikinio epitaksijos receptorių gedimo

Pagrindinė išvada:Patekimas į „naudotos“ SiC temperatūros diapazoną nereiškia, kad jis patenka į „stabilų“ diapazoną. Kai procesas sujungia padidintą temperatūrą su stipriai redukuojančia atmosfera, pasirenkant tik pagal temperatūros ribas, korozijos ir dalelių rizika yra nepakankamai įvertinta; atmosfera ir istoriniai gedimo būdai turėtų būti įtraukti į sprendimą.

Inžinerinė pastaba:

GaN/SiC epitaksijos linijai perėjus prie aukštesnės temperatūros recepto, CVD SiC padengtų grafito susceptorių partijoje, kuri anksčiau buvo stabili, kraštai šiurkštėjo ir dalelių lygis kilo maždaug du trečdalius jų istorinio gyvavimo laiko. Keitimo ciklai buvo priversti sutrumpinti, o derliaus kitimas padidėjo. Ankstyvasis tyrimas buvo sutelktas į dangos storį ir grynumą: GDMS ir storio vienodumas atitiko išeinančias specifikacijas, o ta pati dangos partija vis tiek priartėjo prie istorinio kitų įrankių naudojimo laiko, todėl medžiagų partijos problema buvo iš esmės atmesta. Tolesnis palyginimas su proceso pokyčių įrašais parodė, kad naujasis receptas padidino didžiausią temperatūrą tik maždaug 80 ° C, vis dar šalia bendrojo SiC lango apatinio krašto, tačiau vandenilio dalinis slėgis ir laikymo aukštoje temperatūroje laikas žymiai padidėjo, o tai sustiprino redukcinį SiC poveikį kameroje. Sugedusių dalių paviršiaus ir skerspjūvio palyginimas su tos pačios partijos dalimis be anomalijų parodė labiau koncentruotą dangos plonėjimą ir mikrošiurkštumą aukštos temperatūros zonoje, atitinkančią korozijos ypatybes po to, kai atmosfera buvo sustiprinta. Tada linija atliko mažų partijų patikrą su TaC dangos tirpalu ta pačia karštosios zonos struktūra; pagal tą patį receptą dalelės ir pakeitimo ciklai grįžo į priimtiną lygį. Šis atvejis rodo, kad pasirenkant ne tik klausiama „ar temperatūra vis dar yra tame diapazone, kuriame galima naudoti SiC“, bet taip pat turi paklausti: „ar SiC vis dar yra mažesnės rizikos pasirinkimas, esant dabartinei atmosferai ir išlaikymo laikui“. Kai temperatūra pakeliama kartu su stipriai redukuojančia atmosfera, net jei nominalios temperatūros lubos nepažeidžiamos, TaC reikia iš naujo įvertinti arba pakoreguoti proceso langą, o ne pakeisti ankstesnį dangos tirpalą.

6.DUK

1). Kas paprastai pasirenkama įprastiems GaN MOCVD procesams?

Daugeliu atvejų pirmenybė teikiama didelio grynumo grafitu + CVD SiC padengtu susceptoriumi / pakaitinimo žiedu. Kai temperatūra ir atmosfera patenka į SiC komforto zoną, galima valdyti našumą ir kainą.

2). Kada reikia atsižvelgti į TaC?

Kai temperatūra išlieka aukštesnė nei 2000 °C arba kai atmosfera smarkiai pažeidžia SiC (pvz., tam tikros PVT ir labai korozinės sąlygos), pirmenybę teikite TaC dangos įvertinimui.

3). Ar kietasis SiC visada geresnis nei padengtas grafitas?

Ne. Kietasis SiC turi pranašumų, nes nėra sąsajos, atsparumas plazmai ir kai kurie itin ilgo eksploatavimo laikotarpiai, tačiau kainuoja daugiau; daugumoje epitaksinių padėklų vis dar naudojamas padengtas grafitas. Pasirinkite pagal dalies funkciją ir TCO.

4). Ką dar reikia patikrinti po pasirinkimo?

Prieš priimant sprendimą dėl tūrio, rekomenduojama patikrinti temperatūros vienodumą, dalelių kiekį ir tikrąjį eksploatavimo laiką naudojant mėginius ant įrankio. Vien medžiagos pavadinimo nepakanka, kad būtų užtikrintas linijos veikimas.

5). Kaip tai susiję su įrangos suderinamumu ir individualiu pakeitimu?

Pasirinkus medžiagą, vis tiek reikia atlikti matmenų ir šiluminio lauko suderinimą konkrečiam įrangos modeliui. Žr. klasterio puslapį „Aixtron“ ir „Veeco“ grafito susceptorių suderinamumas ir 1:1 pasirinktiniai pakeitimo sprendimai.

7.Santrauka ir tolesni žingsniai

Svarbiausias pasirinkimas yra proceso lango suderinimas: temperatūra nustato ribą, atmosfera nustato korozijos riziką, o dalies funkcija nusprendžia, ar reikia kietojo SiC. Išsiaiškinti šiuos tris veiksmus, o tada derinti su mėginių patikrinimu, yra patikimiau nei tiesiog siekti „aukštesnės specifikacijos“.

Jei SiC dangą, TaC dangą ar kieto SiC sprendimus derinate su konkrečiu įrankiu ir procesu, kviečiame susisiekti su VeTek technine komanda. Gali būti teikiamos atrankos patarimai, pavyzdžių pagalba ir patikrinimo ataskaitos. Dr. Xiao ir inžinierių komanda gali padėti nustatyti proceso lango ir šiluminio lauko reikalavimus.

Pagrindinės nuorodos ir duomenų šaltiniai

1. VeTek Semiconductor vidinių inžinerinių duomenų ir kliento procesų lango praktika.

2. Medžiagų ribos ir eksploatavimo trukmės nuorodos iš ramsčio puslapio CVD Coating Consumables Selection Engineering Handbook for Semiconductor Epitaky & Etching Equipment.

3. VeTek techninis straipsnis: SiC vs TaC dangos veikimo palyginimas ir diskusijos apie stabilumą aukštoje temperatūroje.

4. Nakamura ir kt., Applied Physics Letters, 2015 – TaC dangos apsauginės savybės aukštoje temperatūroje, labai korozinėje aplinkoje.

Pastaba: Temperatūros ir eksploatavimo trukmės diapazonai tekste yra tipinės inžinerinės nuorodos; tikrosios vertės turėtų būti atliekamos pagal vidaus procesą ir išmatuotą patikrinimą.

Autorius: „VeTek Semiconductor Technical Engineering Team“ (baigta vadovaujant dr. Xiao)

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