Riešenie žltnutia hrán povlaku SiC na zvýšenie výťažku CVD z 50 % na 90 %

Počas procesu epitaxného rastu zložených polovodičov a polovodičov tretej generácie musia vysokočisté grafitové susceptory a grafitové časti vo vnútri zariadenia MOCVD odolávať vysokým teplotám a ťažkej chemickej korózii, pričom sa pri ochrane do značnej miery spoliehajú na husté povlaky z karbidu kremíka (SiC) CVD. Spoločnosť VeTek Semiconductor, ktorá rieši výzvu zákazníka týkajúcu sa žltnutia okraja povlaku z karbidu kremíka a zníženej adhézie vo vnútri vysokoteplotných reakčných komôr, úplne eliminovala defekty okrajov pomocou rekonštrukcie kinetiky depozície a kontroly parametrov procesu, čím zvýšila výťažnosť hotového produktu z 50 % na 90 %, čo výrazne znížilo prestoje zákazníckeho zariadenia a náklady na výmenu komponentov.

1. Snímka kľúčových údajov a porovnanie výkonu

 Obrázok 1: Grafitový susceptor potiahnutý karbidom kremíka MOCVD

Počas epitaxného rastu zložených polovodičov a polovodičov tretej generácie kvalita CVD povlaku karbidu kremíka na grafitových susceptoroch a komponentoch tepelného poľa priamo určuje kvalitu plátku a výrobné náklady. Nižšie je uvedené porovnanie kľúčových metrík pred a po optimalizácii procesov od VeTek Semiconductor:

2. Pozadie zákazníka a scenáre epitaxnej aplikácie MOCVD

Obrázok 2: Pracovná scéna grafitového susceptora a podnosu na doštičky vo vnútri reakčnej komory MOCVD

Partnerom tohto projektu je podnik na výrobu polovodičových a zložených epitaxných čipov tretej generácie, ktorý sa dlhodobo venuje výskumu, vývoju a hromadnej výrobe vysokovýkonných epitaxných doštičiek z nitridu gália (GaN) a karbidu kremíka (SiC). Vo výrobnej linke MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition) sú grafitové susceptory a súvisiace komponenty potiahnuté karbidom kremíka s tepelným poľom jadrom spotrebného materiálu, ktorý priamo nesú doštičky a pracujú pri vysokých teplotách presahujúcich 1000 °C, ako aj pri silne korozívnych prúdoch plynov.

V dôsledku extrémne drsného prostredia vo vnútri reakčnej komory MOCVD kvalita povlaku karbidu kremíka na povrchu grafitovej zložky priamo určuje rovnomernosť tepelného vedenia, kontrolu kontaminácie časticami a životnosť susceptora. Keď sa veľkosť epitaxiálnych plátkov zväčšila smerom k 8 palcov, zákazník kládol extrémne vysoké špecifikačné požiadavky na tesnosť rozhrania, odolnosť proti tepelným šokom a povrchovú morfológiu povlaku.

3. Hĺbková analýza CVD povlaku z karbidu kremíka Príčiny žltnutia hrán a úzkych miest

 Pred zapojením tímu optimalizácie procesov VeTek Semiconductor sa zákazník stretol s vážnymi prekážkami kvality vo svojej vlastnej alebo externej výrobnej linke na výrobu povlakov z karbidu kremíka CVD:

· Anomália žltnutia okraja povlaku:Po nanesení v CVD reakčnej peci sa v okrajových oblastiach komponentov potiahnutých karbidom kremíka často objavovali viditeľné svetložlté alebo škvrnité farebné rozdiely, ktoré neprešli prísnou továrenskou kontrolou kvality polovodičov.

· Mikroskopické defekty napätia na spojovacom rozhraní:Pri pôvodnom procese vysokej rýchlosti nanášania (~ 25 μm/h) sa medzi povlakom a grafitovým substrátom akumulovalo značné vnútorné tepelné napätie, ako aj na mikroskopických rozhraniach medzi rôznymi stupňami nanášania v dôsledku príliš rýchlej rýchlosti kryštalizácie chemického nanášania pár.

· Extrémne nízky výťažok výroby a tlak na náklady:Komplexná výťažnosť náterových produktov, obmedzená nebezpečenstvom žltnutia a odlupovania okrajov, sa dlhú dobu pohybovala na nízkych 50 %, čo viedlo k trvalo vysokým výrobným nákladom a ťažkostiam pri zaručení stabilných harmonogramov dodávok pre zákazníkov s epitaxou MOCVD v smere dodávateľského reťazca.

4. Ako vyriešiť odlupovanie povlaku z karbidu kremíka a defekty spôsobené stresom

Obrázok 3: Vývojový diagram procesu a technológie VeTek Semiconductor Advanced CVD SiC Coating

Na vyriešenie vyššie uvedených bolestivých bodov procesu technický tím VeTek Semiconductor vykonal hĺbkovú analýzu distribúcie prietokového poľa, distribúcie teplotného poľa a kinetiky tepelného rozkladu reakčného plynu (prekurzor SiC) v rámci CVD reakčnej komory, pričom sformuloval plán systematickej transformácie procesu.

Zmena základného procesu: stupňovité riadenie rýchlosti depozície
Pôvodný proces využíval vysokú rýchlosť depozície 25 μm/h počas celého depozičného cyklu, čo spôsobilo príliš intenzívny rast kryštálových jadier, segregáciu fázy mikronečistôt, ktorá sa odchyľovala od stechiometrie, a koncentráciu napätia na morfologických okrajoch. Tím VeTek presne znížil rýchlosť nanášania počas počiatočnej fázy nanášania na 12 μm/h. Spomalením rýchlosti nukleácie mali kryštálové jadrá karbidu kremíka dostatok času na to, aby sa usporiadali v grafitových mikropóroch a povrchu, čím sa dosiahlo pevné spojenie na atómovej úrovni medzi „povlakom a grafitovým substrátom“, ako aj „medzi rôznymi vrstvami nanášania“.

Jemné doladenie CVD komorového prietokového poľa a tepelného poľa
Pomer vstupného prietoku prekurzorových plynov (ako je MTS a H2) a uhly vedenia prietoku plynu boli upravené, čím sa optimalizovala hrúbka hraničnej vrstvy v okrajových oblastiach. To zabezpečilo, že stechiometrický pomer kremíka k atómom uhlíka na okrajoch zložitých geometrických komponentov zostal striktne 1: 1, čím sa eliminovali farebné variácie a žltnutie spôsobené lokalizovaným obohatením kremíka / uhlíka.

5. Prax a dosiahnuté výsledky v oblasti MOCVD s vysokou čistotou grafitového susceptorového povlaku Zlepšenie výnosu

Obrázok 4: Vysoko čistý CVD grafitový susceptor potiahnutý karbidom kremíka s jednotnou farbou povrchu a bez defektov

Implementáciou vyššie uvedených zmien procesu CVD VeTek Semiconductor pomohol zákazníkovi dosiahnuť pozoruhodne významné ekonomické výhody a zlepšenie kvality:

· Dramatický nárast výnosu:Miera kvalifikácie hotového produktu produktov potiahnutých karbidom kremíka vzrástla z 50 % na 90 %, čím sa úplne vyriešili problémy so zošrotovaním spôsobené žltnutím okrajov.

· Vylepšená hustota spojenia rozhrania:Po znížení počiatočnej rýchlosti nanášania na 12 μm/h sa odlupovacie tepelné napätie medzi povlakom a grafitovým substrátom znížilo o viac ako 40 % a životnosť tepelného cyklu sa zvýšila 1,5-krát.

· Skrátená dodacia lehota:V dôsledku výrazného poklesu miery prepracovania a zmetkovitosti sa komplexný výrobný cyklus komponentov skrátil o 35 % a jednotkové komplexné náklady sa znížili o 30 %, čím sa silne zaručilo nepretržité rozširovanie kapacity pre následné výrobné linky na epitaxiu MOCVD.

6. Často kladené otázky (FAQ)

Obrázok 5: Vysokoštandardná dielňa a výrobná základňa VeTek Semiconductor

Otázka: Aké podstatné škody spôsobuje žltnutie okrajov povlaku karbidu kremíka následným procesom epitaxie MOCVD?

Odpoveď: Žltnutie hrán zvyčajne znamená mikroskopické defekty mriežky, stechiometrické odchýlky (ako je lokalizované obohatenie voľného kremíka alebo voľného uhlíka) alebo zvyškové vnútorné napätie v povlaku karbidu kremíka v tejto oblasti. Pri vysokej teplote (1000 °C+) a silne korozívnom plynnom prostredí (napr. NH3, HCl) počas epitaxiálneho rastu sú zožltnuté oblasti náchylnejšie na odlupovanie povlaku, šírenie mikrotrhlín alebo uvoľňovanie nečistôt. To priamo kontaminuje epitaxné plátky, zvyšuje hustotu defektov v epitaxiálnej vrstve a v závažných prípadoch poškodzuje samotný grafitový susceptor.

Otázka: Zvyšuje zníženie počiatočnej rýchlosti nanášania (z 25 μm/h na 12 μm/h) výrazne výrobné náklady?

Odpoveď: Aj keď zníženie počiatočnej rýchlosti nanášania mierne zvyšuje trvanie prvej fázy, počas počiatočnej fázy rastu rozhrania (prvých niekoľko mikrometrov) aplikujeme len jemnú rýchlosť 12 μm/h. Po vytvorení tesného spojenia rozhrania sa obnoví štandardné vysokoúčinné nanášanie. Ešte dôležitejšie je, že skokový nárast výnosov z 50 % na 90 % znižuje mieru šrotu a plytvanie surovinami, čo ďaleko prevažuje nad malým zvýšením počtu pracovných hodín, čo v konečnom dôsledku znižuje celkové jednotkové výrobné náklady približne o 30 %.

Otázka: Môže VeTek Semiconductor poskytovať služby poťahovania karbidom kremíka pre prispôsobené grafitové komponenty?

A: Áno. VeTek podporuje komplexné služby prispôsobenia od presného obrábania vysoko čistých grafitových substrátov (ako sú mikropóry, komplexné prietokové kanály, zákazkovo tvarované susceptory) až po CVD povlaky z karbidu kremíka a CVD povlaky z karbidu tantalu (TaC). Môžeme tiež upraviť depozičné procesy podľa špecifického rozloženia tepelného poľa zákazníckych reakčných pecí.

7. Súhrnné služby a služby technickej podpory

Drobné úpravy procesov v polovodičových materiáloch a komponentoch často určujú výnos a nákladovú úspešnosť nadväzujúcej výroby čipov. S hlbokými technickými odbornými znalosťami v oblasti CVD povlakov z karbidu kremíka, vysoko čistých grafitových dielov a polovodičových tepelných polí tretej generácie VeTek Semiconductor úspešne vyriešil priemyselnú výzvu žltnutia okrajov povlaku a pomohol zákazníkom dosiahnuť 90% ultra vysokú výťažnosť a vynikajúcu životnosť komponentov.

Ak tiež čelíte problémom s odlupovaním povlaku grafitových komponentov MOCVD, žltnutím hrán, praskaním tepelným šokom alebo obrábaním vlastných komponentov, vitajte a preskúmajte našeCVD karbid kremíka potiahnutý grafitovým susceptorom Podrobnosti Strana aSlužby prispôsobenia dielov z vysoko čistého polovodičového grafitualebo kontaktujte odborný technický tím spoločnosti VeTek Semiconductor. Poskytneme vám bezplatnú diagnostiku procesov a služby testovania vzoriek!

Obrázok 6: Panoramatický pohľad na výskumný a vývojový a výrobný park VeTek Semiconductor