Kaip išspręsti didelius skirtumus tarp kišenės į kišenę kelių kišenių silicio epitaksijos grafito receptoriuose?

Optimizavimo sprendimasn didelio tikslumo CVD SiC dengtiems susceptoriams

Spręsdamas plėvelės storio nevienodumo problemą, atsiradusią dėl didelio svyravimo tarp kišenės į kišenę (1,4 %) kelių kišenių silicio epitaksijos grafito susceptoriuose, „VeTek Semiconductor“ pagerino suskeptoriaus plokštumą iki <0,08 mm ir žymiai sumažino skirtumą tarp kišenės iki kišenės iki 0,69 proc. padidinti epitaksinių plokštelių derlių.

Daugiakišeniai silicio epitaksiniai grafito susceptoriai su didelio tikslumo CVD SiC danga

I. Santrauka

Gaminant kelių kišenių silicio epitaksiją, mūsų klientas (puslaidininkinių plokštelių liejykla) susidūrė su ilgalaikiais iššūkiais dėl didelio epitaksinio sluoksnio storio skirtumo nuo kišenės iki kišenės (pirminiai duomenys: 1,4 %). Tai smarkiai paveikė epitaksinės plokštelės konsistenciją ir tolesnio įrenginio derlingumą. Atlikdama 3D skaitmeninį vidinio skysčio dinamikos ir šiluminių laukų CVD epitaksinės krosnies viduje modeliavimą ir analizę, kartu su įrankių struktūros optimizavimu ir didelio tikslumo cheminio garų nusodinimo silicio karbido (CVD SiC) dangos technologija, „VeTek Semiconductor“ komanda žymiai pagerino daugialypės dėmės epitaksės plokštumą. iki <0,08 mm. Po šių patobulinimų kliento plėvelės storio svyravimai nuo kišenės iki kišenės smarkiai sumažėjo iki 0,69%, todėl buvo pasiektas kokybinis plėvelės storio vienodumo šuolis.

Pagrindinių našumo metrikų palyginimas

II. Klientų žinios: ieško aukštos kokybės epitaksinės gamybos sprendimų

Pagrindinė perspektyva: gaminant didelio dydžio, kelių kišenių silicio epitaksiją, dėl brangių lustų išeigos nuostolių padidėja net nedidelės suskeptoriaus deformacijos.

Šios partnerystės klientas yra pirmaujanti 8 colių / 12 colių maitinimo įrenginys ir silicio epitaksinių plokštelių liejykla, visų pirma gaminanti storosios plėvelės silicio epitaksines plokšteles, naudojamas aukštos įtampos MOSFET, IGBT ir automobilių elektronikoje. Kadangi tolesni klientai reikalauja vis griežtesnio lusto elektrinių parametrų nuoseklumo, epitaksinio sluoksnio storis ir varžos vienodumas tapo pagrindiniais metrikais vertinant epitaksinės plokštelės kokybę. Klientas naudoja kelių kišenių CVD silicio epitaksinius reaktorius, galinčius vienu metu apdoroti kelias silicio plokšteles vienu metu. Tačiau dėl užsitęsusio aukštos temperatūros šiluminio ciklo ir dujų srauto erozijos jų originalūs grafito susceptoriai nebeatitiko didelio tikslumo proceso reikalavimų, susijusių su kintamumu iš kišenės į kišenę ir plokštumo.

III. Iššūkiai ir skausmo taškai: didelis svyravimas nuo kišenės iki kišenės sukelia plėvelės storio netolygumą

Pagrindinė perspektyva: per dideli grafito suskeptoriaus plokštumo nuokrypiai tiesiogiai sutrikdo šilumos laidumą ir dujų srauto lauko pasiskirstymą CVD krosnies viduje, todėl tarp kišenių atsiranda didelių storio skirtumų.

CVD silicio epitaksinio augimo metu pirmtakų dujos (pvz., SiHCl3/SiH4) aukštoje temperatūroje nusėda ant plokštelės paviršiaus ir sudaro vieno kristalo epitaksinį sluoksnį. Grafito susceptorius ne tik veikia kaip nešiklis, bet ir atlieka svarbų vaidmenį vienodam šilumos laidumui ir srauto lauko valdymui. Konkrečios techninės kliūtys, su kuriomis susidūrė klientas, buvo:

1. Plėvelės storio svyravimai iš kišenės į kišenę pasiekė iki 1,4 %, turi įtakos bendram plokštelės vienodumui

Dėl mikrodeformacijų ant paviršiaus po ilgo naudojimo, kliento originalūs kelių kišenių grafito susceptoriai parodė nedidelius kišenės įdubos gylio ir šiluminės spinduliuotės efektyvumo skirtumus tarp atskirų kišenių. Faktiniai matavimai atskleidė net 1,4% skirtumus tarp kišenės. Šis neatitikimas tiesiogiai lėmė nenuoseklų epitaksinio sluoksnio augimo greitį silicio plokštelėse, esančiose skirtingose ​​​​kišenėse toje pačioje partijoje, todėl per didelis plėvelės storio nuokrypis.

2. Suskeptoriaus plokštumas žemiau <0,20 mm sukėlė ribinę šiluminį lauką ir srauto lauko turbulenciją

Pradinių susceptorių plokščiumą buvo galima išlaikyti tik <0,20 mm lygyje. Aukštoje 1100–1200 °C epitaksinėje aplinkoje dėl nelygaus paviršiaus reaguojančiose dujų sraute susidaro vietiniai sūkuriai, o tarp susceptoriaus ir indukcinio šildytuvo susidaro nevienodi tarpai. Tai vėliau sukėlė netolygus šiluminius laukus visame paviršiuje, pablogindamas plėvelės storio svyravimus.

Skausmo taškai ir techninio mechanizmo analizė

IV. VeTek pritaikytas sprendimas: CVD srauto lauko modeliavimas ir itin tikslus įrankių optimizavimas

Pagrindinė perspektyva: srauto ir šiluminių laukų optimizavimas naudojant skaitmeninį modeliavimą, kartu su mikronų tikslumu CNC apdirbimu ir didelio grynumo tankia CVD SiC danga iš esmės keičia susceptoriaus veikimą.

Siekdama išspręsti kliento „kišenės į kišenę“ keitimo ir lygumo kliūtis, „VeTek Semiconductor“ inžinierių komanda atliko įvertinimus vietoje, išskyrė reaktoriaus veikimo parametrus ir sukūrė visiškai pritaikytą, visapusišką optimizavimo sprendimą:

VeTek Semiconductor Advanced precizinis apdirbimas, švarios patalpos ir kokybės kontrolės įrenginiai

1. CVD krosnies vidinio srauto ir šiluminio lauko modeliavimas

Naudojant ANSYS Fluent buvo atliktas 3D skaitmeninis modeliavimas dujų srauto greičiui, ribinio sluoksnio storiui ir šiluminės spinduliuotės šilumos perdavimui CVD reaktoriaus viduje. Remiantis modeliavimo analize, buvo pertvarkyti kišenės krašto perėjimo spinduliai ir dujas nukreipiančių griovelių struktūros ant susceptoriaus paviršiaus, leidžiančios reagentinėms dujoms išlaikyti labai nuoseklų laminarinio srauto režimą virš kiekvienos kišenės ir pašalinti lokalizuotus sūkurius.

2. Didelio tikslumo grafito substrato apdirbimas ir įrankių optimizavimas

Kaip pagrindo medžiaga buvo pasirinktas didelio tankio, didelio grynumo izotropinis izostatinis grafitas, kartu su patobulintais 5 ašių CNC tikslaus apdirbimo įrankiais. Apdorojant patobulinus suspaudimo įtempių valdymą ir įrankio trajektorijas, po apdirbimo suskeptoriaus plokštumas buvo griežtai kontroliuojamas nuo <0,20 mm iki <0,15 mm, o šerdies aukščiausios klasės susceptorių paviršiai pasiekė <0,08 mm plokštumą.

3. Patentuota didelio grynumo tankaus CVD SiC dangos technologija

Labai tanki vienodo storio α-SiC danga buvo išauginta ant grafito substrato paviršiaus naudojant cheminį nusodinimą iš garų (CVD). Dangos grynumas iki 99,999 % (5N-6N klasė), didelis šilumos laidumas ir atsparumas karštų vandenilio chlorido (HCl) dujų korozijai. Jis puikiai atitinka grafito pagrindo šiluminio plėtimosi koeficientą (CTE), užtikrindamas nulinių mikroįtrūkimų ar delaminacijos greito terminio ciklo metu.

Techniniai sprendimai ir našumo pranašumai

Pagrindinės CVD SiC dangos fizinės savybės, SEM storio tolygumas ir itin didelio grynumo analizė

V. Rezultatai ir duomenys: kalbant apie faktus ir kiekybiškai įvertinamą metriką

Pagrindinė perspektyva: Išmatuoti lauko duomenys rodo, kad susceptoriaus plokštumo optimizavimas tiesiogiai lėmė reikšmingą 50,7 % epitaksinės plėvelės kitimą nuo kišenės iki kito.

Pakeitęs senas dalis „VeTek Semiconductor“ optimizuotais kelių kišenių silicio epitaksiniais grafito susceptoriais, klientas savo linijoje atliko 30 dienų nepertraukiamą didelės apimties gamybos stebėjimo tyrimą. Surinkti tikri kokybės gerinimo duomenys:

1. Plėvelės storio kitimas nuo kišenės iki kišenės sumažintas iki 0,69 %

Kliento išmatuoti gamybos duomenys parodė, kad skirtumai iš kišenės į kišenę labai sumažėjo nuo 1,4% iki 0,69%, todėl bendras sumažėjimas buvo 50,7%. Tai drastiškai sumažino augimo greičio spragas įvairiose kišenėse.

2. Susceptoriaus paviršiaus plokštumas Proveržis iki <0,08 mm

Dėl srauto lauko optimizavimo ir didelio tikslumo įrankių, masinės gamybos susceptoriai nuosekliai pasiekė <0,15 mm plokštumą, o aukščiausios klasės susceptoriai stabiliai atsitrenkia į <0,08 mm, o tai gerokai viršija standartines pramonės normas.

3. Esminiai plėvelės storio vienodumo ir bendros našumo patobulinimai

Dėl labai stabilių šiluminių ir srauto laukų epitaksinio sluoksnio varžos ir storio vienodumo rodikliai pateko į aukščiausios kokybės diapazoną. Liejyklos A klasės plokštelių išeiga padidėjo maždaug 3,5 proc., kasmet sutaupant šimtus tūkstančių RMB lėkštelių išlaidų.

VI. Dažnai užduodami klausimai (DUK)

1 klausimas: kodėl kelių kišenių silicio epitaksinio grafito susceptoriaus lygumas turi tokią didelę įtaką plėvelės storio vienodumui?

Atsakymas:Aukštos temperatūros CVD procesuose silicio plokštelės pirmiausia kaitinamos dėl šilumos laidumo ir šiluminės spinduliuotės iš susceptoriaus. Jei susceptorius yra lygus (pvz., > 0,20 mm), susidaro netolygūs tarpai tarp susceptoriaus ir apatinio šildytuvo, sukeldami vietinius temperatūros pokyčius. Tuo pačiu metu nelygus paviršius sutrikdo reaguojančių dujų laminarinį srautą, sukeldamas vietinius dujų koncentracijos ir greičio svyravimus, kurie tiesiogiai pasireiškia kaip plėvelės storio kitimas iš kišenės į kišenę.

2 klausimas: koks yra VeTek CVD SiC padengtų grafito susceptorių eksploatavimo laikas?

Atsakymas:VeTek naudoja itin didelio grynumo CVD silicio karbido dangas, sukurtas tiksliai suderinant CTE su grafito pagrindu. Esant 1200°C aukštai temperatūrai ir H2/HCl korozinei atmosferai, jis pasižymi išskirtiniu atsparumu šiluminiam smūgiui ir cheminiam inertiškumui, paprastai pailgindamas tarnavimo laiką 30–50 %, palyginti su standartiniais pramoniniu būdu padengtais susceptoriais.

3 klausimas: Ar „VeTek“ gali teikti pritaikytą inžineriją, jei turime pritaikytus CVD epitaksinių reaktorių modelius?

Atsakymas:Taip. VeTek turi visas CVD srauto / terminio lauko modeliavimo galimybes ir tikslią CNC apdorojimo grandinę. Galime atlikti 1:1 atvirkštinę inžineriją arba konstrukcijų optimizavimą pagal kliento pateiktus krosnies matmenis, oro srauto parametrus arba senus susceptorių brėžinius.

4 klausimas: kaip tikslumo susceptoriaus plokščiumas apsaugotas nuo gabenimo pažeidimų gabenimo metu?

Atsakymas:Visi susceptorių produktai yra valomi ultragarsu ir antistatiniai vakuuminiai pakuojami 1000 klasės švariose patalpose. Vidus apsaugotas naudojant pritaikytus didelio tankio EVA amortizacinius modulius, o išorė supakuota į eksporto klasės fumiguotas medines dėžes, užtikrinančias nulinį pristatymą.

VII. Išvada

Pagrindinė perspektyva: Aukštos kokybės puslaidininkiniai mechaniniai ir termodinaminiai įrankių komponentai yra tiesioginė investicija į liejyklų konkurencingumo didinimą.

Įdiegęs CVD srauto lauko modeliavimą, tikslų įrankių valdymą ir CVD SiC dangos optimizavimą kelių kišenių silicio epitaksijos grafito susceptoriuose, VeTek Semiconductor sėkmingai padėjo klientui sumažinti plėvelės storio skirtumus nuo 1,4 % iki 0,69 %, puikiai išspręsdamas ilgalaikį plėvelės storio iššūkį.

Jei taip pat susiduriate su techniniais skausmo taškais, tokiais kaip epitaksinio sluoksnio netolygumas, grafito suskeptoriaus deformacija, didelis svyravimas nuo kišenės iki kišenės arba CVD dangos lupimasis, nedvejodami susisiekite su VeTek Semiconductor techninių ekspertų komanda, kad gautumėte nemokamo srauto lauko įvertinimą ir pritaikytą optimizavimo planą!