Ako vyriešiť veľkú variáciu medzi vreckom a vreckom vo viacvreckových silikónových epitaxných grafitových susceptoroch?

Optimalizačné riešenien pre vysoko presné CVD SiC potiahnuté susceptory

Riešením problému nerovnomernosti hrúbky filmu spôsobenej vysokou variáciou medzi vreckami (1,4 %) u viacvreckových kremíkových epitaxných grafitových susceptorov VeTek Semiconductor zlepšil rovinnosť susceptora na < 0,08 mm a znížil variáciu medzi vreckami na 0,69 % vďaka výraznému zosilneniu CVD-precíznej simulácie prietokového poľa pece. výnos.

Viacvreckové silikónové epitaxné grafitové susceptory s vysoko presným CVD SiC povlakom

I. Zhrnutie

Počas výroby kremíkovej epitaxie s viacerými vreckami náš klient (zlievareň polovodičových doštičiek) čelil dlhodobým problémom s vysokou variabilitou hrúbky epitaxiálnej vrstvy (pôvodné údaje: 1,4 %). To vážne ovplyvnilo konzistenciu epitaxiálneho plátku a výťažok zariadenia. Uskutočnením 3D numerickej simulácie a analýzy vnútornej dynamiky tekutín a tepelných polí vo vnútri CVD epitaxnej pece v kombinácii s optimalizáciou štruktúry nástrojov a vysoko presnou technológiou povrchovej úpravy karbidu kremíka (CVD SiC) tím VeTek Semiconductor výrazne zlepšil povrchovú rovinnosť viacvreckového silikónového epitaxie z <0.208 mm grafu s.us. Po týchto zlepšeniach sa odchýlka hrúbky filmu klienta od vrecka po vrecko drasticky znížila na 0,69 %, čím sa dosiahol kvalitatívny skok v rovnomernosti hrúbky filmu.

Porovnanie kľúčových metrík výkonnosti

II. Pozadie zákazníka: Hľadanie vysokokonzistentných riešení epitaxnej výroby

Základná perspektíva: Pri výrobe veľkorozmerných, viacvreckových silikónových epitaxií sa dokonca aj nepatrné deformácie susceptora zväčšujú drahými stratami vo výťažnosti čipov.

Klientom v tomto partnerstve je popredná zlieváreň 8-palcových/12-palcových napájacích zariadení a kremíkových epitaxných plátkov, ktorá primárne vyrába silové silikónové epitaxné plátky používané vo vysokonapäťových MOSFET, IGBT a automobilovej elektronike. Keďže následní zákazníci požadujú čoraz prísnejšiu konzistentnosť elektrických parametrov čipu, hrúbka epitaxnej vrstvy a jednotnosť odporu sa stali základnými metrikami na hodnotenie kvality epitaxných plátkov. Klient využíva multi-vreckové CVD kremíkové epitaxné reaktory schopné spracovať viacero kremíkových plátkov súčasne v jednom chode. Avšak v dôsledku predĺženého vysokoteplotného tepelného cyklu a erózie prúdenia plynu ich pôvodné grafitové susceptory už nemohli spĺňať požiadavky na vysoko presný proces, pokiaľ ide o variácie a plochosť medzi vreckami.

III. Problémy a body bolesti: Veľká odchýlka od vrecka po vrecko spôsobuje nerovnomernosť hrúbky filmu

Základná perspektíva: Nadmerné tolerancie plochosti grafitového susceptora priamo narúšajú tepelnú vodivosť a distribúciu poľa prúdenia plynu vo vnútri pece CVD, čo spôsobuje výrazné zmeny hrúbky medzi vreckami.

Počas CVD kremíkového epitaxného rastu sa prekurzorové plyny (ako je SiHCl3/SiH4) ukladajú pri vysokých teplotách na povrchu plátku a vytvárajú jednokryštálovú epitaxnú vrstvu. Grafitový susceptor nepôsobí len ako nosič, ale zohráva aj rozhodujúcu úlohu pri rovnomernom vedení tepla a vedení prúdového poľa. Medzi špecifické technické prekážky, ktorým klient čelil, patrili:

1. Variácia hrúbky filmu od vrecka po vrecko dosiahla až 1,4 %, čo ovplyvňuje celkovú jednotnosť plátku

V dôsledku mikrodeformácií na povrchu po dlhšom používaní vykazovali pôvodné viacvreckové grafitové susceptory klienta mierne rozdiely v hĺbke zahĺbenia vreciek a účinnosti tepelného žiarenia medzi jednotlivými vreckami. Skutočné merania odhalili údaje o odchýlkach od vrecka po vrecko až o 1,4 %. Tento nesúlad priamo viedol k nekonzistentným rýchlostiam rastu epitaxnej vrstvy naprieč kremíkovými doštičkami umiestnenými v rôznych vreckách v rámci rovnakej šarže, čo viedlo k nadmernej odchýlke hrúbky filmu.

2. Rovinnosť susceptora pod <0,20 mm spôsobí turbulenciu hraničného tepelného poľa a prietokového poľa

Rovinnosť pôvodných susceptorov mohla byť zachovaná len na úrovni <0,20 mm. V prostredí epitaxy s vysokou teplotou 1100 °C – 1200 °C spôsobuje nerovný povrch tok reakčného plynu, ktorý vytvára lokalizované víry, pričom vytvára nerovnomerné medzery medzi susceptorom a indukčným ohrievačom. To následne vyvolalo nerovnomerné tepelné polia na povrchu, čím sa zhoršili výkyvy hrúbky filmu.

Analýza bodov bolesti a technického mechanizmu

IV. Prispôsobené riešenie VeTek: Simulácia prietokového poľa CVD a optimalizácia nástrojov s mimoriadne vysokou presnosťou

Základná perspektíva: Optimalizácia prietokových a tepelných polí prostredníctvom numerickej simulácie v kombinácii s mikrónovým presným CNC obrábaním a vysoko čistým hustým CVD SiC povlakom zásadne mení výkon susceptora.

Na vyriešenie klientových variácií a plochých miest, tím inžinierov VeTek Semiconductor vykonal hodnotenia na mieste, extrahoval prevádzkové parametre reaktora a navrhol plne prispôsobené komplexné optimalizačné riešenie:

Pokročilé presné obrábanie, čisté priestory a zariadenia na kontrolu kvality VeTek Semiconductor

1. Simulácia vnútorného toku a tepelného poľa CVD pece

Pomocou ANSYS Fluent sa vykonali 3D numerické simulácie pre rýchlosť prúdenia plynu, hrúbku hraničnej vrstvy a tepelný prenos tepla sálaním vo vnútri CVD reaktora. Na základe modelovacích analýz boli prepracované polomery prechodu okrajov kapsy a štruktúry drážok na vedenie plynu na povrchu susceptora, čo umožnilo reaktantovým plynom udržiavať vysoko konzistentný režim laminárneho prúdenia nad každou kapsou a eliminovať lokalizované víry.

2. Vysoko presné obrábanie grafitového substrátu a optimalizácia nástrojov

Ako podkladový materiál bol vybraný izotropný izostatický grafit s vysokou hustotou a vysokou čistotou v spojení s modernizovanými 5-osovými CNC nástrojmi na presné obrábanie. Zdokonalením kontroly upínacieho napätia a trajektórií dráhy nástroja počas spracovania bola rovinnosť susceptora po obrábaní prísne kontrolovaná z <0,20 mm na <0,15 mm, pričom povrchy susceptora najvyššej kvality dosahovali prielomovú rovinnosť <0,08 mm.

3. Patentovaná technológia vysoko čistého CVD SiC povlaku

Vysoko hustý a-SiC povlak s rovnomernou hrúbkou bol pestovaný na povrchu grafitového substrátu pomocou chemického nanášania pár (CVD). Povlak má čistotu až 99,999 % (trieda 5N-6N), vysokú tepelnú vodivosť a odolnosť voči korózii horúcim plynným chlorovodíkom (HCl). Dokonale sa zhoduje s koeficientom tepelnej rozťažnosti (CTE) grafitového substrátu, čím zaisťuje nulové mikrotrhliny alebo delamináciu počas rýchleho tepelného cyklovania.

Technické riešenie a výkonnostné výhody

Kľúčové fyzikálne vlastnosti, rovnomernosť hrúbky SEM a analýza ultra vysokej čistoty CVD SiC povlaku

V. Výsledky a údaje: fakty a kvantifikovateľné metriky

Základná perspektíva: Namerané údaje v teréne ukazujú, že optimalizácia plochosti susceptora sa priamo premietla do podstatného 50,7 % zníženia variácií epitaxiálneho filmu od vrecka po vrecko.

Po výmene starých dielov za optimalizované viacvreckové kremíkové epitaxné grafitové susceptory VeTek Semiconductor vykonal klient 30-dňovú nepretržitú štúdiu sledovania veľkoobjemovej výroby na svojej linke. Zozbierané skutočné údaje o zlepšení kvality zahŕňajú:

1. Odchýlka hrúbky fólie od vrecka po vrecko znížená na 0,69 %

Namerané údaje o výrobe klienta ukázali, že variácia medzi vreckovým a vreckovým výrazne klesla z 1,4 % na 0,69 %, čím sa dosiahlo celkové zníženie o 50,7 %. Tým sa drasticky minimalizovali rozdiely v rýchlosti rastu v rôznych oblastiach.

2. Prienik rovinnosti povrchu susceptora na <0,08 mm

Prostredníctvom optimalizácie prietokového poľa a vysoko presného obrábania dosahovali sériovo vyrábané susceptory rovnomerne rovinnosť do < 0,15 mm, pričom susceptory najvyššej úrovne stabilne dosahovali < 0,08 mm, čo ďaleko presahuje štandardné priemyselné normy.

3. Podstatné zlepšenie rovnomernosti hrúbky filmu a celkovej výťažnosti

Vďaka vysoko stabilným teplotným a prietokovým poliam sa metriky odporu a rovnomernosti hrúbky epitaxnej vrstvy dostali do rozsahov prémiovej kvality. Výťažnosť plátkov triedy A v zlievárni sa zvýšila približne o 3,5 %, čím sa ročne ušetrili stovky tisíc RMB na nákladoch na vyradený plátok.

VI. Často kladené otázky (FAQ)

Otázka 1: Prečo má plochosť viacvreckového silikónového epitaxného grafitového susceptora taký veľký vplyv na rovnomernosť hrúbky filmu?

odpoveď:Pri vysokoteplotných CVD procesoch sa kremíkové doštičky zahrievajú predovšetkým tepelným vedením a tepelným žiarením zo susceptora. Ak je rovinnosť susceptora slabá (napr. > 0,20 mm), vytvára to nerovnomerné medzery medzi susceptorom a pod ním ležiacim ohrievačom, čo spôsobuje lokálne zmeny teploty. Súčasne nerovný povrch narúša laminárne prúdenie reaktantových plynov, čo spôsobuje lokalizované kolísanie koncentrácie plynu a rýchlosti, ktoré sa priamo prejavuje ako variácie hrúbky filmu od vrecka po vrecko.

Otázka 2: Aká je prevádzková životnosť grafitových susceptorov VeTek s CVD SiC potiahnutými?

odpoveď:VeTek používa vysoko čisté CVD povlaky z karbidu kremíka navrhnuté s presným prispôsobením CTE grafitovému substrátu. Pri vysokoteplotnej atmosfére 1200 °C a korozívnej atmosfére H2/HCl vykazuje výnimočnú odolnosť voči tepelným šokom a chemickú inertnosť, pričom typicky predlžuje životnosť o 30 % až 50 % v porovnaní so štandardnými priemyselne potiahnutými susceptormi.

Otázka 3: Môže VeTek poskytnúť vlastné inžinierstvo, ak máme prispôsobené modely CVD epitaxných reaktorov?

odpoveď:áno. VeTek má kompletné možnosti simulácie toku/tepelného poľa CVD a precízny reťazec CNC spracovania. Môžeme vykonať reverzné inžinierstvo 1:1 alebo štrukturálnu optimalizáciu na základe rozmerov pece zadaných klientom, parametrov prúdenia vzduchu alebo starých výkresov susceptora.

Q4: Ako je presná rovinnosť susceptora chránená pred poškodením počas prepravy?

odpoveď:Všetky produkty susceptorov prechádzajú ultrazvukovým čistením a antistatickým vákuovým balením v čistých priestoroch triedy 1000. Interiér je zabezpečený pomocou prispôsobených modulov na tlmenie nárazov EVA s vysokou hustotou a exteriér je zabalený v exportných fumigovaných drevených debnách, čo zaisťuje dodávku s nulovým dopadom.

VII. Záver

Základná perspektíva: Vysokokvalitné polovodičové mechanické a termodynamické komponenty nástrojov predstavujú priamu investíciu do zvyšovania konkurencieschopnosti zlievarne.

Implementáciou simulácie prietokového poľa CVD, presného riadenia nástrojov a optimalizácie povlaku CVD SiC na viacvreckových kremíkových epitaxných grafitových susceptoroch VeTek Semiconductor úspešne pomohol klientovi znížiť variácie hrúbky filmu medzi jednotlivými vreckami z 1,4 % na 0,69 %, čím dokonale vyriešil dlhotrvajúci problém nerovnomernosti hrúbky filmu.

Ak sa stretávate aj s technickými problémami, ako je nerovnomernosť epitaxnej vrstvy, deformácia grafitových susceptorov, veľká odchýlka od vrecka po vrecko alebo odlupovanie CVD povlaku, neváhajte kontaktovať tím technických expertov VeTek Semiconductor, aby ste získali vyhodnotenie poľa voľného toku a prispôsobený plán optimalizácie!