SiC dangos krašto pageltimo pašalinimas, siekiant padidinti CVD išeigą nuo 50 % iki 90 %

Vykstant sudėtinių puslaidininkių ir trečios kartos puslaidininkių epitaksiniam augimui, didelio grynumo grafito susceptoriai ir grafito dalys MOCVD įrangoje turi atlaikyti aukštą temperatūrą ir stiprią cheminę koroziją, o apsaugai labai priklauso nuo tankių CVD silicio karbido (SiC) dangų. Spręsdamas kliento iššūkį dėl silicio karbido dangos kraštų pageltimo ir sumažėjusio sukibimo aukštos temperatūros reakcijos kamerose, VeTek Semiconductor visiškai pašalino briaunų defektus atlikdama nusodinimo kinetikos rekonstrukciją ir proceso parametrų valdymą, padidindama gatavo produkto išeigą nuo 50% iki 90%, žymiai sumažindama klientų įrangos prastovų ir komponentų keitimo išlaidas.

1. Pagrindinių duomenų momentinė nuotrauka ir našumo palyginimas

 1 pav. MOCVD silicio karbidu padengtas grafito susceptorius

Sudėtinių puslaidininkių ir trečiosios kartos puslaidininkių epitaksinio augimo metu grafito susceptorių ir šiluminio lauko komponentų CVD silicio karbido dangos kokybė tiesiogiai lemia plokštelių kokybę ir gamybos sąnaudas. Žemiau pateikiamas pagrindinių metrikų palyginimas prieš ir po proceso optimizavimo, kurį atliko VeTek Semiconductor:

2. Kliento fonas ir MOCVD epitaksinės programos scenarijai

2 pav. Grafito susceptoriaus ir plokštelės dėklo MOCVD reakcijos kameroje darbo scena

Šio projekto partneris yra trečios kartos puslaidininkių ir sudėtinių epitaksinių lustų gamybos įmonė, ilgą laiką skirta didelio našumo galio nitrido (GaN) ir silicio karbido (SiC) epitaksinių plokštelių tyrimams, plėtrai ir masinei gamybai. MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition) gamybos linijoje grafito susceptoriai ir susiję šiluminio lauko silicio karbidu dengti komponentai yra pagrindinės eksploatacinės medžiagos, kurios tiesiogiai perneša plokšteles ir veikia aukštoje, viršijančioje 1000 °C, temperatūroje, taip pat stipriai korozinių dujų srautuose.

Dėl itin atšiaurios aplinkos MOCVD reakcijos kameroje, silicio karbido dangos kokybė ant grafito komponento paviršiaus tiesiogiai lemia šilumos laidumo vienodumą, dalelių užterštumo kontrolę ir susceptoriaus tarnavimo laiką. Didėjant epitaksinių plokštelių dydžiams iki 8 colių, klientas iškėlė itin aukštus sąsajos sandarumo, atsparumo šiluminiam smūgiui ir dangos paviršiaus morfologijos specifikacijų reikalavimus.

3. CVD silicio karbido dangos briaunų pageltimo priežasčių ir kliūčių nuodugni analizė

 Prieš įtraukdamas „VeTek Semiconductor“ procesų optimizavimo komandą, klientas susidūrė su rimtomis kokybės kliūtimis savo vidaus arba išorės CVD silicio karbido dangų gamybos linijoje:

· Dangos krašto pageltimo anomalija:Po nusodinimo CVD reakcijos krosnyje silicio karbidu dengtų komponentų kraštuose dažnai atsirasdavo matomi šviesiai geltoni arba dėmėti spalvų skirtumai, kurie neatitiko griežtos puslaidininkių kokybės kokybės kontrolės gamyklos patikros.

· Mikroskopiniai įtempių defektai surišimo sąsajoje:Pradinio didelio nusodinimo greičio (~ 25 μm/h) proceso metu tarp dangos ir grafito pagrindo, taip pat mikroskopinėse sąsajose tarp skirtingų nusodinimo etapų susikaupė didelis vidinis šiluminis įtempis dėl pernelyg greito cheminio nusodinimo garais kristalizacijos greičio.

· Itin mažas produkcijos išeiga ir sąnaudų spaudimas:Dėl kraštų pageltimo ir lupimo pavojaus visapusė dangos produktų išeiga ilgą laiką svyravo ties žema 50 %, todėl nuolat didėjo gamybos sąnaudos ir sunku užtikrinti stabilius tiekimo grafikus tolesniems MOCVD epitaksijos klientams.

4. Kaip išspręsti silicio karbido dangos lupimo ir streso defektus

3 paveikslas: „VeTek Semiconductor Advanced CVD SiC“ dengimo proceso ir technologijos schema

Siekdama pašalinti pirmiau minėtus proceso skausmo taškus, „VeTek Semiconductor“ techninė komanda atliko nuodugnią srauto lauko pasiskirstymo, temperatūros lauko pasiskirstymo ir reakcijos dujų (SiC pirmtako) terminio skilimo kinetikos analizę CVD reakcijos kameroje ir suformulavo sistemingą proceso transformacijos planą.

Pagrindinis proceso pakeitimas: laipsniškas nusodinimo greičio valdymas
Pradiniame procese per visą nusodinimo ciklą buvo naudojamas didelis 25 μm / h nusėdimo greitis, dėl kurio buvo pernelyg intensyvus kristalų branduolio augimas, mikro priemaišų fazės segregacija, nukrypstanti nuo stechiometrijos, ir įtempių koncentracija morfologiniuose kraštuose. VeTek komanda tiksliai sumažino nusėdimo greitį pradiniame nusodinimo etape iki 12 μm / h. Lėtinant branduolio susidarymo greitį, silicio karbido kristalų branduoliai turėjo pakankamai laiko tvarkingai išsidėstyti grafito mikroporose ir paviršiuje ir pasiekti atominio lygio glaudų ryšį tarp „dangos ir grafito pagrindo“, taip pat „tarp skirtingų nusodinimo sluoksnių“.

Tikslus CVD kameros srauto lauko ir šiluminio lauko derinimas
Buvo pakoreguotas pirmtakų dujų (tokių kaip MTS ir H₂) įleidimo srauto santykis ir dujų srauto nukreipimo kampai, optimizuojant ribinio sluoksnio storį krašto srityse. Tai užtikrino, kad stechiometrinis silicio ir anglies atomų santykis sudėtingų geometrinių komponentų kraštuose išliko griežtai 1:1, pašalinant spalvų pokyčius ir pageltimą, kurį sukelia lokalizuotas silicio / anglies sodrinimas.

5. MOCVD didelio grynumo grafito susceptorių dangos našumo gerinimo praktika ir pasiekimai

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

Įdiegę aukščiau nurodytus CVD proceso pakeitimus, VeTek Semiconductor padėjo klientui pasiekti nepaprastai reikšmingos ekonominės naudos ir pagerinti kokybę:

· Dramatiškas derlingumo padidėjimas:Silicio karbidu dengtų gaminių gatavų gaminių kvalifikacijos rodiklis padidėjo nuo 50 % iki 90 %, visiškai išsprendus išmetimo į metalo laužą problemas, atsiradusias dėl briaunų pageltimo.

· Patobulintas sąsajos sukibimo tankis:Sumažinus pradinį nusodinimo greitį iki 12 μm/h, šiluminis įtempis tarp dangos ir grafito pagrindo sumažėjo daugiau nei 40%, o terminio ciklo trukmė padidėjo 1,5 karto.

· Sutrumpintas pristatymo laikas:Dėl žymiai sumažėjusio perdirbimo ir laužo kiekio, išsamus komponentų gamybos ciklas buvo sutrumpintas 35%, o vieneto kompleksinės sąnaudos sumažintos 30%, užtikrinant nuolatinį pajėgumų didinimo poreikį paskesnėms MOCVD epitaksijos gamybos linijoms.

6. Dažnai užduodami klausimai (DUK)

5 pav. Aukšto standarto „VeTek“ puslaidininkių dirbtuvės ir gamybos bazė

Kl.: kokią didelę žalą silicio karbido dangos krašto pageltimas sukelia tolesniems MOCVD epitaksijos procesams?

A: Kraštų pageltimas paprastai reiškia mikroskopinius gardelės defektus, stechiometrinius nuokrypius (pvz., vietinį laisvo silicio arba laisvosios anglies sodrinimą) arba liekamąjį vidinį įtempį tos srities silicio karbido dangoje. Esant aukštai temperatūrai (1000°C+) ir stipriai korozinei dujų aplinkai (pvz., NH₃, HCl) epitaksinio augimo metu pageltusios vietos yra jautresnės dangos lupimui, mikroįtrūkimų plitimui ar priemaišų dujų išsiskyrimui. Tai tiesiogiai užteršia epitaksines plokšteles, padidina defektų tankį epitaksiniame sluoksnyje, o sunkiais atvejais pažeidžia patį grafito susceptorių.

Kl.: Ar sumažinus pradinį nusodinimo greitį (nuo 25 μm/h iki 12 μm/h) žymiai padidėja gamybos sąnaudos?

A: Nors sumažinus pradinį nusodinimo greitį šiek tiek pailgėja pirmojo etapo trukmė, mes taikome tik švelnų 12 μm/h greitį pradinėje sąsajos augimo fazėje (pirmieji keli mikrometrai). Nustačius tvirtą sąsajos sujungimą, atnaujinamas standartinis didelio efektyvumo nusodinimas. Dar svarbiau, kad išeiga šoktelėjus nuo 50 % iki 90 % sumažina laužo ir žaliavų atliekų kiekį, o tai gerokai viršija nedidelį darbo valandų padidėjimą, o tai galiausiai sumažina bendras vieneto gamybos sąnaudas maždaug 30 %.

Klausimas: Ar „VeTek Semiconductor“ gali teikti silicio karbido dengimo paslaugas pritaikytiems grafito komponentams?

A: Taip. „VeTek“ palaiko visos grandinės pritaikymo paslaugas nuo didelio grynumo grafito substratų (tokių kaip mikroporos, sudėtingi srauto kanalai, pritaikytos formos susceptoriai) tikslaus apdirbimo iki CVD silicio karbido dangų ir CVD tantalo karbido (TaC) dangų. Taip pat galime koreguoti nusodinimo procesus pagal specifinį klientų reakcijos krosnių šiluminio lauko pasiskirstymą.

7. Santrauka ir inžinerinės pagalbos paslaugos

Nedideli puslaidininkinių medžiagų ir komponentų proceso koregavimai dažnai lemia tolesnių lustų gamybos sėkmę ir sąnaudas. Turėdamas gilias CVD silicio karbido dangų, didelio grynumo grafito dalių ir trečios kartos puslaidininkių šiluminių laukų technines žinias, VeTek Semiconductor sėkmingai išsprendė pramonės iššūkį, susijusį su dangos kraštų pageltimu, padėdamas klientams pasiekti 90 % itin didelį derlių ir puikų komponentų ilgaamžiškumą.

Jei taip pat susiduriate su iššūkiais dėl MOCVD grafito komponentų dangos lupimo, kraštų pageltimo, terminio smūgio įtrūkimų ar individualaus komponento apdirbimo, kviečiame susipažinti su mūsųCVD silicio karbidu padengto grafito susceptoriaus informacijos puslapis irDidelio grynumo puslaidininkinių grafito dalių pritaikymo paslaugosarba susisiekite su „VeTek Semiconductor“ ekspertų technine komanda. Mes suteiksime jums nemokamas procesų diagnostikos ir mėginių testavimo paslaugas!

6 pav. Panoraminis VeTek Semiconductor R&D ir gamybos parko vaizdas