Усунення пожовтіння країв покриття SiC для збільшення виходу CVD з 50% до 90%

У процесі епітаксіального росту складних напівпровідників і напівпровідників третього покоління високочисті графітові токоприймачі та графітові деталі всередині обладнання MOCVD повинні витримувати високі температури та сильну хімічну корозію, в основному покладаючись на щільні CVD-покриття з карбіду кремнію (SiC) для захисту. Вирішуючи проблему замовника пожовтіння країв покриття з карбіду кремнію та зниження адгезії всередині високотемпературних реакційних камер, VeTek Semiconductor повністю усунув дефекти країв за допомогою реконструкції кінетики осадження та контролю параметрів процесу, підвищивши вихід готового продукту з 50% до 90%, значно скоротивши час простою обладнання клієнта та витрати на заміну компонентів.

1. Знімок ключових даних і порівняння продуктивності

 Малюнок 1: MOCVD графітовий токоприймач з покриттям з карбіду кремнію

Під час епітаксійного росту складних напівпровідників і напівпровідників третього покоління якість CVD-покриття карбіду кремнію на графітових приймачах і компонентах теплового поля безпосередньо визначає якість пластини та вартість виробництва. Нижче наведено порівняння ключових показників до та після оптимізації процесу VeTek Semiconductor:

2. Історія замовника та сценарії застосування епітаксійної системи MOCVD

Малюнок 2: Робоча сцена графітового токоприймача та вафельного лотка всередині реакційної камери MOCVD

Партнером у цьому проекті є підприємство з виробництва напівпровідників і компаундних епітаксіальних чіпів третього покоління, яке протягом тривалого часу займається дослідженнями, розробкою та масовим виробництвом високоефективних епітаксіальних пластин з нітриду галію (GaN) і карбіду кремнію (SiC). У виробничій лінії MOCVD (металоорганічне хімічне осадження з парової фази) графітові датчики та відповідні компоненти, покриті карбідом кремнію термічного поля, є основними витратними матеріалами, які безпосередньо переносять пластини та працюють при високих температурах, що перевищують 1000 °C, а також при сильних корозійних газових потоках.

Через надзвичайно суворе середовище всередині реакційної камери MOCVD якість покриття з карбіду кремнію на поверхні графітового компонента безпосередньо визначає рівномірність теплопровідності, контроль забруднення частинками та термін служби токоприймача. Оскільки розмір епітаксійної пластини збільшився до 8 дюймів, замовник висунув надзвичайно високі вимоги до герметичності розділу, стійкості до термічного удару та морфології поверхні покриття.

3. Поглиблений аналіз причин і вузьких місць пожовтіння кромок покриття з карбіду кремнію CVD

 Перш ніж залучити команду з оптимізації процесів VeTek Semiconductor, замовник зіткнувся з серйозними проблемами якості на своїй внутрішній або зовнішній лінії виробництва CVD покриття з карбіду кремнію:

· Аномалія пожовтіння краю покриття:Після осадження в реакційній печі CVD на краях компонентів, покритих карбідом кремнію, часто з’являлися видимі світло-жовті або плямисті колірні відмінності, які не пройшли сувору фабричну перевірку якості напівпровідників.

· Мікроскопічні дефекти напруги на межі з’єднання:Під час початкового високошвидкісного процесу осадження (~25 мкм/год) значна внутрішня термічна напруга накопичувалася між покриттям і графітовою підкладкою, а також на мікроскопічних границях розділу між різними стадіями осадження через надто швидку швидкість кристалізації хімічного осадження з парової фази.

· Надзвичайно низький вихід продукції та тиск на витрати:Обмежений небезпекою пожовтіння країв і відшарування, загальний вихід покриттів протягом тривалого часу коливався на рівні низьких 50%, що призводило до стабільно високих витрат на виробництво та труднощів із гарантуванням стабільних графіків поставок для наступних замовників епітаксії MOCVD.

4. Як усунути відшарування покриття з карбіду кремнію та дефекти напруги

Малюнок 3: Процес і технологія нанесення покриття VeTek Semiconductor Advanced CVD SiC

Щоб усунути вищезазначені недоліки процесу, технічна команда VeTek Semiconductor провела поглиблений аналіз розподілу поля потоку, розподілу поля температури та кінетики термічного розкладання реакційного газу (попередника SiC) у реакційній камері CVD, сформулювавши систематичний план трансформації процесу.

Зміна основного процесу: ступеневе керування швидкістю осадження
Оригінальний процес використовував високу швидкість осадження 25 мкм/год протягом усього циклу осадження, викликаючи надто інтенсивний ріст кристалічних зародків, сегрегацію фази мікродомішок, що відхиляється від стехіометрії, і концентрацію напруги на морфологічних краях. Команда VeTek точно знизила швидкість осадження на початковому етапі осадження до 12 мкм/год. Завдяки уповільненню швидкості зародження ядра кристалів карбіду кремнію мали достатньо часу, щоб упорядкуватись у мікропорах і поверхні графіту, досягаючи щільного зв’язку на атомному рівні між «покриттям і графітовою підкладкою», а також «між різними шарами осадження».

Точне налаштування поля потоку та теплового поля камери CVD
Коефіцієнт швидкості вхідного потоку газів-попередників (таких як MTS і H₂) і кути напряму потоку газу були скориговані, оптимізуючи товщину граничного шару в крайових областях. Це гарантувало, що стехіометричне співвідношення кремнію та атомів вуглецю на краях складних геометричних компонентів залишалося суворо 1:1, усуваючи варіації кольору та пожовтіння, спричинені локальним збагаченням кремнієм/вуглецем.

5. Практика та досягнення MOCVD підвищення продуктивності графітового суцепторного покриття високої чистоти

Малюнок 4. Високочистий графітовий токоприймач із покриттям із карбіду кремнію CVD з рівномірним кольором поверхні та без дефектів

Впровадивши вищевказані зміни процесу CVD, VeTek Semiconductor допомогла замовнику досягти надзвичайно значних економічних переваг і покращення якості:

· Різке зростання врожайності:Рівень кваліфікації готової продукції для виробів з покриттям з карбіду кремнію зріс з 50% до 90%, повністю вирішуючи проблеми з утилізації, спричинені пожовтінням країв.

· Покращена щільність з’єднання між інтерфейсом:Після зниження початкової швидкості осадження до 12 мкм/год термічне напруження відшаровування між покриттям і графітовою підкладкою зменшилося більш ніж на 40%, а термін служби термічного циклу збільшився в 1,5 рази.

· Скорочений час доставки:Завдяки значному зниженню кількості переробок і браку комплексний виробничий цикл компонентів був скорочений на 35%, а комплексна вартість одиниці зменшилася на 30%, що гарантує безперервне розширення потужностей для виробничих ліній епітаксії MOCVD.

6. Часті запитання (FAQ)

Рисунок 5: Майстерня та виробнича база VeTek Semiconductor High-Standard

З: Якої суттєвої шкоди завдає пожовтіння країв покриття з карбіду кремнію подальшим процесам епітаксії MOCVD?

A: Пожовтіння країв зазвичай означає мікроскопічні дефекти решітки, стехіометричні відхилення (такі як локалізоване збагачення вільного кремнію або вільного вуглецю) або залишкову внутрішню напругу в покритті карбіду кремнію в цій області. Під час високої температури (1000°C+) і сильно корозійного газового середовища (наприклад, NH₃, HCl) під час епітаксійного росту пожовклі ділянки більш сприйнятливі до відшарування покриття, поширення мікротріщин або виділення домішок. Це безпосередньо забруднює епітаксійні пластини, збільшує щільність дефектів в епітаксійному шарі, а в серйозних випадках пошкоджує сам графітовий чутливий елемент.

Питання: Чи значно збільшує виробничі витрати зниження початкової швидкості осадження (з 25 мкм/год до 12 мкм/год)?

Відповідь: Хоча зниження початкової швидкості осадження трохи збільшує тривалість першого етапу, ми застосовуємо лише помірну швидкість 12 мкм/год під час початкової фази росту межі розділу (перші кілька мікрометрів). Після встановлення щільного з’єднання між поверхнями стандартне високоефективне осадження відновлюється. Що ще важливіше, стрибок прибутку з 50% до 90% зменшує кількість брухту та відходів сировини, що значно переважує незначне збільшення робочих годин, що в кінцевому підсумку скорочує загальні витрати на виробництво одиниці приблизно на 30%.

З: Чи може VeTek Semiconductor надавати послуги з покриття карбідом кремнію для індивідуальних графітових компонентів?

A: Так. VeTek підтримує повний ланцюжок послуг з налаштування від прецизійної обробки високочистих графітових підкладок (таких як мікропори, складні канали потоку, фіксатори спеціальної форми) до CVD покриттів з карбіду кремнію та CVD покриттів з карбіду танталу (TaC). Ми також можемо налаштувати процеси осадження відповідно до специфічного розподілу теплового поля реакційних печей замовника.

7. Зведені та інженерно-допоміжні служби

Незначні коригування процесу в напівпровідникових матеріалах і компонентах часто визначають продуктивність і економічність подальшого виробництва мікросхем. Завдяки глибокому технічному досвіду в CVD-покриттях з карбіду кремнію, високочистих графітових частинах і напівпровідникових теплових полях третього покоління, VeTek Semiconductor успішно вирішила галузеву проблему пожовтіння країв покриття, допомагаючи клієнтам досягти 90% надвисокої продуктивності та чудової довговічності компонентів.

Якщо ви також стикаєтеся з проблемами, пов’язаними з відшаровуванням покриття графітового компонента MOCVD, пожовтінням країв, розтріскуванням від термічного удару або нестандартною обробкою компонентів, ласкаво просимо ознайомитися з нашимиCVD Сторінка деталей графітового токоприймача з покриттям з карбіду кремнію іПослуги з налаштування деталей із напівпровідникового графіту високої чистотиабо зв’яжіться з технічною командою експертів VeTek Semiconductor. Ми надамо вам безкоштовну діагностику процесу та послуги тестування зразків!

Малюнок 6: Панорамний вид дослідницького та виробничого парку VeTek Semiconductor