Як вирішити високу варіацію від кишені до кишені в кремнієвих епітаксійних графітових фіксаторах із кількома кишенями?

Рішення для оптимізаціїn для високоточних токоприймачів із покриттям SiC для CVD

Вирішуючи проблему нерівномірності товщини плівки, спричинену високою варіацією від кишені до кишені (1,4%) у кремнієвих епітаксійних графітових токоприймачах, компанія VeTek Semiconductor покращила площинність токоприймача до <0,08 мм і зменшила варіацію від кишені до кишені до 0,69% за допомогою моделювання поля потоку печі CVD і високоточна механічна обробка, що значно підвищує вихід епітаксійних пластин.

Силіконові графітові епітаксії з кількома кишенями з високоточним покриттям CVD SiC

I. Резюме

Під час виробництва кремнієвої епітаксії з кількома кишенями наш клієнт (ливарне виробництво напівпровідникових пластин) зіткнувся з давніми проблемами з великою варіацією товщини епітаксійного шару від кишені до кишені (початкові дані: 1,4%). Це серйозно вплинуло на консистенцію епітаксійної пластини та продуктивність пристрою. Проводячи чисельне тривимірне моделювання та аналіз внутрішньої динаміки рідини та теплових полів всередині CVD-епітаксічної печі, у поєднанні з оптимізацією структури інструменту та високоточною технологією покриття з карбіду кремнію за допомогою хімічного осадження з парової фази (CVD-SiC), команда VeTek Semiconductor значно покращила площинність поверхні кремнієвого епітаксійного графітового приймача з кількома кишеньками. <0,20 мм до <0,08 мм. Після цих удосконалень варіація товщини плівки клієнта від кишені до кишені різко знизилася до 0,69%, досягнувши якісного стрибка в рівномірності товщини плівки.

Порівняння ключових показників ефективності

II. Довідкова інформація клієнта: Шукаю високоякісні рішення для епітаксійного виробництва

Основна перспектива: у великогабаритному виробництві кремнієвої епітаксії з кількома кишенями навіть незначні деформації чутливого елемента збільшуються дорогими втратами ресурсу мікросхеми.

Клієнтом у цьому партнерстві є провідний виробник 8-/12-дюймових силових пристроїв і кремнієвих епітаксійних пластин, який переважно виробляє товстоплівкові кремнієві епітаксійні пластини, які використовуються у високовольтних МОП-транзисторах, IGBT та автомобільній електроніці. Оскільки наступні клієнти вимагають дедалі суворішої узгодженості електричних параметрів мікросхеми, товщина епітаксійного шару та однорідність питомого опору стали основними показниками для оцінки якості епітаксійної пластини. Клієнт використовує багатокишенькові CVD кремнієві епітаксічні реактори, здатні обробляти кілька кремнієвих пластин одночасно за один цикл. Однак через тривалий високотемпературний термічний цикл і ерозію газового потоку їхні оригінальні графітові токоприймачі більше не могли відповідати вимогам високоточного процесу щодо варіації від кишені до кишені та площинності.

III. Проблеми та недоліки: велика різниця між кишенями спричиняє нерівномірність товщини плівки

Основна точка зору: надмірні допуски на площинність графітового токоприймача безпосередньо порушують теплопровідність і розподіл поля потоку газу всередині CVD-печі, викликаючи значні коливання товщини між карманами.

Під час CVD епітаксійного росту кремнію вихідні гази (такі як SiHCl3/SiH4) осідають при високих температурах на поверхні пластини, утворюючи монокристалічний епітаксійний шар. Графітовий приймач не тільки діє як носій, але й відіграє вирішальну роль у рівномірній теплопровідності та спрямуванні поля потоку. Конкретні технічні вузькі місця, з якими стикається клієнт, включають:

1. Товщина плівки від кишені до кишені варіюється до 1,4%, що впливає на загальну однорідність пластин

Через мікродеформації на поверхні після тривалого використання, оригінальні графітові фіксатори з кількома кишенями клієнта показали невеликі відмінності в глибині кишені та ефективності теплового випромінювання між окремими кишенями. Фактичні вимірювання показали, що дані варіації від кишені до кишені досягають 1,4%. Ця розбіжність безпосередньо призвела до непослідовних темпів росту епітаксійного шару на кремнієвих пластинах, розміщених у різних кишенях однієї партії, що призвело до надмірних відхилень товщини плівки.

2. Площинність токоприймача нижче <0,20 мм, викликана граничним тепловим полем і турбулентністю поля потоку

Плоскість оригінальних токоприймачів могла підтримуватися лише на рівні <0,20 мм. У високотемпературних середовищах епітаксії 1100°C–1200°C нерівна поверхня змушує реагуючий газовий потік утворювати локалізовані завихрення, утворюючи неоднорідні зазори між чутливим елементом та індукційним нагрівачем. Згодом це викликало неоднорідні теплові поля по всій поверхні, погіршуючи коливання товщини плівки.

Больові точки та аналіз технічного механізму

IV. Індивідуальне рішення VeTek: симуляція поля CVD потоку та оптимізація інструментів надвисокої точності

Основна перспектива: оптимізація потоку та теплових полів за допомогою чисельного моделювання в поєднанні з обробкою з ЧПУ з мікронною точністю та високочистим щільним CVD-покриттям SiC кардинально змінює характеристики токоприймача.

Щоб вирішити проблеми, пов’язані з розбіжностями клієнта та рівномірністю, команда інженерів VeTek Semiconductor провела оцінку на місці, витягла робочі параметри реактора та розробила повністю індивідуальне наскрізне рішення для оптимізації:

VeTek Semiconductor Advanced Precision Machining, чисті приміщення та засоби контролю якості

1. Моделювання внутрішнього потоку та теплового поля CVD печі

За допомогою ANSYS Fluent було виконано 3D чисельне моделювання швидкості потоку газу, товщини граничного шару та теплообміну теплового випромінювання всередині CVD реактора. На основі аналізу моделювання радіуси переходу країв кишені та структури канавок, що направляють газ, на поверхні токоприймача були перероблені, що дозволило реагентам підтримувати дуже послідовний режим ламінарного потоку над кожною кишенею та усунути локалізовані завихрення.

2. Високоточна обробка графітової підкладки та оптимізація інструментів

Ізотропний ізостатичний графіт високої щільності та високої чистоти був обраний як матеріал підкладки в поєднанні з оновленим 5-осьовим інструментом для точної обробки з ЧПК. Завдяки вдосконаленню контролю за напругою затиску та траєкторіям траєкторії інструменту під час обробки, площинність токоприймача після механічної обробки суворо контролювалася від <0,20 мм до <0,15 мм, при цьому основні поверхні токоприймача найвищого класу досягали проривної площинності <0,08 мм.

3. Запатентована технологія високочистого щільного CVD SiC покриття

Високощільне покриття α-SiC рівномірної товщини було вирощено на поверхні графітової підкладки за допомогою хімічного осадження з парової фази (CVD). Покриття має чистоту до 99,999% (клас 5N-6N), високу теплопровідність і стійкість до корозії гарячим газом хлористого водню (HCl). Він ідеально відповідає коефіцієнту теплового розширення (CTE) графітової підкладки, забезпечуючи відсутність мікротріщин або розшарування під час швидкого термоциклування.

Технічне рішення та переваги продуктивності

Ключові фізичні властивості, SEM однорідність товщини та аналіз надвисокої чистоти покриття CVD SiC

V. Результати та дані: говорити фактами та вимірюваними показниками

Основна точка зору: Дані вимірювань демонструють, що оптимізація площинності суцептора безпосередньо призвела до значного зменшення на 50,7% зміни епітаксійної плівки від кишені до кишені.

Після заміни старих деталей на оптимізовані кремнієві епітаксійні графітові електроприймачі VeTek Semiconductor з кількома кишенями клієнт провів 30-денне безперервне дослідження відстеження великого обсягу виробництва на своїй лінії. Зібрані дані про справжнє покращення якості включають:

1. Зменшення товщини плівки від кишені до кишені до 0,69%

Виміряні виробничі дані клієнта показали, що варіація від кишені до кишені значно знизилася з 1,4% до 0,69%, досягнувши загального скорочення на 50,7%. Це суттєво мінімізувало розриви в темпах зростання між різними кишенями.

2. Прорив площинності поверхні токоприймача до <0,08 мм

Завдяки оптимізації поля потоку та високоточним інструментам серійно вироблені токоприймачі постійно досягали площинності в межах <0,15 мм, при цьому токоприймачі найвищого рівня стабільно досягали <0,08 мм, що значно перевищує стандартні промислові норми.

3. Істотне покращення рівномірності товщини плівки та загального виходу

Завдяки високостабільним тепловим полям і полям течії показники питомого опору та однорідності товщини епітаксійного шару досягли високого рівня якості. Коефіцієнт виходу пластин класу А на ливарному заводі збільшився приблизно на 3,5%, заощаджуючи сотні тисяч юанів щорічно на витратах на пластини, що зламуються.

VI. Часті запитання (FAQ)

Питання 1: Чому площинність кремнієвого епітаксійного графітового токоприймача з кількома кишенями має такий значний вплив на однорідність товщини плівки?

відповідь:У високотемпературних процесах CVD кремнієві пластини нагріваються в основному за рахунок теплопровідності та теплового випромінювання від токоприймача. Якщо площинність чутливого елемента погана (наприклад, >0,20 мм), це створює нерівномірні проміжки між чутливим елементом і нагрівачем, що лежить під ним, викликаючи локальні коливання температури. Водночас нерівна поверхня порушує ламінарний потік газів-реагентів, спричиняючи локалізовану концентрацію газу та коливання швидкості, які безпосередньо проявляються у змінах товщини плівки від кишені до кишені.

Q2: Який термін служби CVD SiC-покривних графітових токоприймачів VeTek?

відповідь:VeTek використовує CVD-покриття з карбіду кремнію надвисокої чистоти, розроблені з точним КТР, що відповідають графітовій підкладці. У високій температурі 1200 °C і корозійній атмосфері H2/HCl він демонструє виняткову стійкість до термічного удару та хімічну інертність, зазвичай подовжуючи термін служби на 30–50 % порівняно зі стандартними промисловими чутливими елементами.

Q3: Чи може VeTek надати спеціальну техніку, якщо ми маємо налаштовані моделі CVD епітаксійних реакторів?

відповідь:так VeTek володіє повними можливостями CVD моделювання потоку/термічного поля та ланцюгом точної обробки з ЧПК. Ми можемо виконати зворотне проектування 1:1 або структурну оптимізацію на основі наданих клієнтом розмірів печі, параметрів повітряного потоку або застарілих креслень токоприймача.

Питання 4: Яким чином плоскостність прецизійного фіксатора захищена від пошкоджень під час транспортування?

відповідь:Уся продукція susceptor проходить ультразвукове очищення та антистатичну вакуумну упаковку в чистих приміщеннях класу 1000. Інтер’єр захищено спеціальними модулями амортизації EVA високої щільності, а зовнішня частина упакована в фуміговані дерев’яні ящики експортного класу, що забезпечує доставку без ударів.

VII. Висновок

Основна перспектива: високоякісні напівпровідникові механічні та термодинамічні компоненти інструментів є прямими інвестиціями в підвищення конкурентоспроможності ливарного виробництва.

Впровадивши моделювання поля потоку CVD, контроль прецизійного інструменту та оптимізацію CVD-покриття SiC на кремнієвих епітаксійно-графітових приймачах з кількома кишеньками, VeTek Semiconductor успішно допоміг клієнту зменшити коливання товщини плівки від кишені до кишені з 1,4% до 0,69%, ідеально вирішуючи давню проблему нерівномірності товщини плівки.

Якщо ви також зіткнулися з проблемними технічними проблемами, такими як неоднорідність епітаксіального шару, деформація графітового вузла, велика варіація від кишені до кишені або відшарування CVD покриття, не соромтеся зв’язатися з командою технічних експертів VeTek Semiconductor, щоб отримати безкоштовну оцінку поля потоку та індивідуальний план оптимізації!