Řešení žloutnutí okraje povlaku SiC pro zvýšení výtěžku CVD z 50 % na 90 %

Během procesu epitaxního růstu složených polovodičů a polovodičů třetí generace musí vysoce čisté grafitové susceptory a grafitové části uvnitř zařízení MOCVD odolávat vysokým teplotám a silné chemické korozi, přičemž se při ochraně silně spoléhají na husté CVD povlaky z karbidu křemíku (SiC). VeTek Semiconductor, který se vypořádal s výzvou zákazníka týkající se žloutnutí hran povlaku z karbidu křemíku a snížené adheze uvnitř vysokoteplotních reakčních komor, zcela eliminoval defekty hran prostřednictvím rekonstrukce kinetiky depozice a řízení parametrů procesu, čímž zvýšil výtěžnost hotového produktu z 50 % na 90 %, což výrazně snížilo prostoje zákaznického zařízení a náklady na výměnu součástí.

1. Snímek klíčových dat a srovnání výkonu

 Obrázek 1: Grafitový susceptor potažený karbidem křemíku MOCVD

Během epitaxního růstu složených polovodičů a polovodičů třetí generace kvalita CVD povlaku karbidu křemíku na grafitových susceptorech a součástech tepelného pole přímo určuje kvalitu plátku a výrobní náklady. Níže je uvedeno srovnání klíčových metrik před a po optimalizaci procesu od VeTek Semiconductor:

2. Zázemí zákazníka a scénáře epitaxních aplikací MOCVD

Obrázek 2: Pracovní scéna grafitového susceptoru a podnosu na destičky uvnitř reakční komory MOCVD

Partnerem tohoto projektu je společnost na výrobu polovodičových a složených epitaxních čipů třetí generace, která se dlouhodobě věnuje výzkumu, vývoji a hromadné výrobě vysoce výkonných epitaxních destiček z nitridu galia (GaN) a karbidu křemíku (SiC). Ve výrobní lince MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition) jsou grafitové susceptory a související komponenty potažené karbidem křemíku spotřebovávány v jádru, které přímo nesou destičky a pracují při vysokých teplotách přesahujících 1000 °C a také při proudění silně korozivních plynů.

Vzhledem k extrémně drsnému prostředí uvnitř reakční komory MOCVD kvalita povlaku karbidu křemíku na povrchu grafitové součásti přímo určuje rovnoměrnost tepelného vedení, kontrolu kontaminace částicemi a životnost susceptorů. Když se velikosti epitaxních plátků zvětšily na 8 palců, zákazník si vynutil extrémně vysoké požadavky na těsnost rozhraní, odolnost proti tepelným šokům a povrchovou morfologii povlaku.

3. Hloubková analýza CVD povlaku z karbidu křemíku, příčiny žloutnutí a úzká místa

 Před zapojením týmu pro optimalizaci procesů VeTek Semiconductor se zákazník setkal s vážnými problémy s kvalitou ve své vlastní nebo externí výrobní lince na výrobu povlaků z karbidu křemíku CVD:

· Anomálie žloutnutí okraje povlaku:Po nanesení v CVD reakční peci se v okrajových oblastech součástek potažených karbidem křemíku často objevovaly viditelné světle žluté nebo skvrnité barevné rozdíly, které neprošly přísnou tovární kontrolou kvality polovodičů.

· Mikroskopické defekty napětí na vazebném rozhraní:Při původním procesu vysoké rychlosti nanášení (~25 μm/h) se mezi povlakem a grafitovým substrátem akumulovalo značné vnitřní tepelné pnutí, stejně jako na mikroskopických rozhraních mezi různými stupni nanášení, v důsledku příliš vysoké rychlosti krystalizace chemického nanášení par.

· Extrémně nízký výtěžek výroby a tlak na náklady:Komplexní výtěžnost nátěrových produktů, omezená nebezpečím žloutnutí a odlupování hran, se dlouhou dobu pohybovala na nízkých 50 %, což vedlo k trvale vysokým výrobním nákladům a potížím se zajištěním stabilních harmonogramů dodávek pro následné zákazníky s epitaxí MOCVD.

4. Jak vyřešit odlupování povlaku z karbidu křemíku a defekty způsobené stresem

Obrázek 3: Vývojový diagram procesu a technologie povlakování VeTek Semiconductor Advanced CVD SiC

Aby se vypořádal s výše uvedenými bolestmi procesu, technický tým VeTek Semiconductor provedl hloubkovou analýzu rozložení proudového pole, rozložení teplotního pole a kinetiky tepelného rozkladu reakčního plynu (prekurzor SiC) v reakční komoře CVD a vytvořil plán systematické transformace procesu.

Změna základního procesu: Stupňovitá regulace depozičního poměru
Původní proces využíval vysokou rychlost depozice 25 μm/h během celého depozičního cyklu, což způsobilo příliš intenzivní růst krystalového jádra, segregaci fáze mikronečistot odchylující se od stechiometrie a koncentraci napětí na morfologických okrajích. Tým VeTek přesně snížil rychlost depozice během počáteční fáze depozice na 12 μm/h. Díky zpomalení rychlosti nukleace měla krystalová jádra karbidu křemíku dostatek času na to, aby se uspořádaně uspořádala v grafitových mikropórech a na povrchu, čímž se dosáhlo na atomární úrovni těsného spojení mezi „povlakem a grafitovým substrátem“ a také „mezi různými nanášecími vrstvami“.

Jemné doladění CVD komorového průtokového pole a tepelného pole
Poměr vstupního průtoku prekurzorových plynů (jako je MTS a H2) a úhly vedení toku plynu byly upraveny, čímž se optimalizovala tloušťka mezní vrstvy v okrajových oblastech. To zajistilo, že stechiometrický poměr křemíku k atomům uhlíku na okrajích složitých geometrických složek zůstal striktně 1:1, čímž se eliminovaly barevné variace a žloutnutí způsobené lokalizovaným obohacením křemíkem/uhlíkem.

5. Praxe a dosažené výsledky v oblasti vysoce čistého grafitového susceptorového povlaku MOCVD Zlepšení výtěžnosti

Obrázek 4: Vysoce čistý grafitový susceptor CVD potažený karbidem křemíku s jednotnou barvou povrchu a bez vad

Zavedením výše uvedených změn procesu CVD pomohl VeTek Semiconductor zákazníkovi dosáhnout pozoruhodně významných ekonomických výhod a zlepšení kvality:

· Dramatický nárůst výnosu:Míra kvalifikace hotového výrobku u výrobků potažených karbidem křemíku vzrostla z 50 % na 90 %, čímž se zcela vyřešily problémy se sešrotováním způsobené žloutnutím hran.

· Vylepšená hustota spojení rozhraní:Po snížení počáteční rychlosti nanášení na 12 μm/h se odlupovací tepelné napětí mezi povlakem a grafitovým substrátem snížilo o více než 40 % a životnost tepelného cyklu se zvýšila 1,5krát.

· Zkrácená dodací lhůta:V důsledku výrazného poklesu míry přepracování a zmetkovitosti se komplexní výrobní cyklus komponent zkrátil o 35 % a jednotkové komplexní náklady se snížily o 30 %, což silně zaručilo potřebu kontinuálního rozšiřování kapacity pro následné výrobní linky MOCVD epitaxe.

6. Často kladené otázky (FAQ)

Obrázek 5: VeTek Semiconductor High-Standard Workshop and Manufacturing Base

Otázka: Jaké podstatné škody způsobuje žloutnutí hran povlaku karbidu křemíku následným procesům epitaxe MOCVD?

Odpověď: Žloutnutí hran typicky znamená mikroskopické defekty mřížky, stechiometrické odchylky (jako je lokalizované obohacení volného křemíku nebo volného uhlíku) nebo zbytkové vnitřní napětí v povlaku karbidu křemíku v této oblasti. Při vysoké teplotě (1000 °C+) a silně korozívním plynném prostředí (např. NH3, HCl) během epitaxního růstu jsou zažloutlé oblasti náchylnější k odlupování povlaku, šíření mikrotrhlin nebo uvolňování plynných nečistot. To přímo kontaminuje epitaxní destičky, zvyšuje hustotu defektů v epitaxní vrstvě a ve vážných případech poškozuje samotný grafitový susceptor.

Otázka: Zvyšuje snížení počáteční rychlosti nanášení (z 25 μm/h na 12 μm/h) významně výrobní náklady?

Odpověď: I když snížení počáteční rychlosti nanášení mírně prodlužuje dobu trvání první fáze, používáme pouze mírnou rychlost 12 μm/h během počáteční fáze růstu rozhraní (prvních několik mikrometrů). Jakmile je vytvořeno těsné spojení rozhraní, obnoví se standardní vysoce účinná depozice. Ještě důležitější je, že skokový nárůst výnosů z 50 % na 90 % snižuje míru zmetkovitosti a plýtvání surovinami, což daleko převyšuje menší nárůst počtu pracovních hodin, což v konečném důsledku snižuje celkové jednotkové výrobní náklady přibližně o 30 %.

Otázka: Může VeTek Semiconductor poskytovat služby potahování karbidem křemíku pro přizpůsobené grafitové komponenty?

A: Ano. VeTek podporuje komplexní služby přizpůsobení od přesného obrábění vysoce čistých grafitových substrátů (jako jsou mikropóry, komplexní průtokové kanály, zakázkově tvarované susceptory) po CVD povlaky z karbidu křemíku a CVD povlaky z karbidu tantalu (TaC). Můžeme také upravit depoziční procesy podle specifického rozložení tepelného pole reakčních pecí zákazníka.

7. Souhrnné služby a služby technické podpory

Drobné procesní úpravy v polovodičových materiálech a součástkách často určují výnos a úspěšnost následné výroby čipů. Díky hlubokým technickým odborným znalostem v oblasti CVD povlaků z karbidu křemíku, vysoce čistých grafitových dílů a polovodičových tepelných polí třetí generace společnost VeTek Semiconductor úspěšně vyřešila průmyslovou výzvu žloutnutí hran povlaku a pomohla zákazníkům dosáhnout 90% ultra vysoké výtěžnosti a vynikající životnosti součástí.

Pokud také čelíte problémům s odlupováním povlaku MOCVD grafitové součásti, žloutnutím hran, praskáním tepelným šokem nebo obráběním součástí na zakázku, můžete si prohlédnout našeStránka s podrobnostmi o CVD grafitovém susceptoru potaženém karbidem křemíku aSlužby přizpůsobení dílů z vysoce čistého polovodičového grafitunebo se obraťte na odborný technický tým společnosti VeTek Semiconductor. Poskytneme vám bezplatnou diagnostiku procesů a služby testování vzorků!

Obrázek 6: Panoramatický pohled na výzkumný a vývojový a výrobní park VeTek Semiconductor