Kuidas lahendada mitme taskuga silikoonepitaksia grafiidisustseptorite tasku-tasku erinevusi?

Optimeerimislahendusn ülitäpse CVD SiC-kattega sustseptoritele

Tegeledes kile paksuse ebaühtluse probleemiga, mis on põhjustatud suurest tasku-tasku varieerumisest (1,4%) mitme tasku räni epitaksiga grafiit-suseptorites, on VeTek Semiconductor parandanud sustseptori tasasust <0,08 mm-ni ja vähendanud tasku-tasku varieerumist märkimisväärselt 0,69%-ni CVD simulatsiooni ja voolu kõrge täpsusega. epitaksiaalsete vahvlite saagise suurendamine.

Mitme taskuga räni epitaksi grafiit sustseptorid ülitäpse CVD SiC kattega

I. Kokkuvõte

Mitme taskuga räni epitaksi tootmise ajal seisis meie klient (pooljuhtvahvlivalukoda) silmitsi pikaajaliste väljakutsetega, kuna epitaksiaalse kihi paksus oli väga erinev (algsed andmed: 1,4%). See mõjutas tõsiselt epitaksiaalse vahvli konsistentsi ja allavoolu seadme saagist. VeTek Semiconductori meeskond parandas märkimisväärselt CVD epitaksiahju sisemise vedeliku dünaamika ja termiliste väljade 3D-arvulise simulatsiooni ja analüüsi ning tööriistade struktuuri optimeerimise ja ülitäpse keemilise aurustamise-sadestamise ränikarbiidi (CVD SiC) kattetehnoloogiaga. kuni <0,08 mm. Pärast neid täiustusi langes kliendi tasku-tasku kile paksuse varieeruvus drastiliselt 0,69%-ni, saavutades kvalitatiivse hüppe kile paksuse ühtluses.

Peamiste toimivusmõõdikute võrdlus

II. Kliendi taust: otsib suure järjepidevusega epitaksiaalseid tootmislahendusi

Põhiperspektiiv: suuremõõtmelise ja mitme taskuga räni epitaksitootmises suurendavad sustseptori isegi väikseid deformatsioone kallid kiibi saagikuse kadud.

Selle partnerluse kliendiks on juhtiv 8-tolline/12-tolline toiteseade ja räni epitaksiaalvahvlite valukoda, mis toodab peamiselt kõrgepinge MOSFET-ides, IGBT-des ja autoelektroonikas kasutatavaid paksukilega räni epitaksiaalvahvleid. Kuna järgnevad kliendid nõuavad kiibi elektriliste parameetrite järjest rangemat järjepidevust, on epitaksiaalse kihi paksus ja takistuse ühtlus muutunud epitaksiaalplaatide kvaliteedi hindamise põhinäitajateks. Klient kasutab mitme taskuga CVD räni epitaksireaktoreid, mis on võimelised töötlema mitut räniplaati samaaegselt ühe töökäiguga. Pikaajalise kõrge temperatuuriga termilise tsükli ja gaasivoolu erosiooni tõttu ei suutnud nende algsed grafiidisustseptorid aga enam vastata kõrge täpsusega protsessi nõuetele, mis puudutavad taskust tasku varieerumist ja tasasust.

III. Väljakutsed ja valupunktid: suur tasku-tasku varieerumine põhjustab kile paksuse ebaühtlust

Põhiperspektiiv: grafiidi sustseptori ülemäärased tasasuse tolerantsid häirivad otseselt soojusjuhtivust ja gaasivooluvälja jaotumist CVD ahju sees, põhjustades suuri paksuse erinevusi taskute vahel.

CVD räni epitaksiaalse kasvu ajal sadestuvad prekursorgaasid (nagu SiHCl3/SiH4) kõrgel temperatuuril vahvli pinnale, moodustades ühekristallilise epitaksiaalse kihi. Grafiitsustseptor ei toimi mitte ainult kandjana, vaid mängib ka olulist rolli ühtlases soojusjuhtivuses ja vooluvälja juhtimises. Konkreetsed tehnilised kitsaskohad, millega klient silmitsi seisis, olid järgmised:

1. Kile paksuse taskust taskusse varieerumine on saavutatud kuni 1,4%, mõjutades üldist vahvli ühtlust

Pikemaajalise kasutamise järel tekkinud pinna mikrodeformatsioonide tõttu ilmnesid kliendi originaalsed mitmetaskulised grafiidisusseptorid tasku süvendite sügavuses ja üksikute taskute soojuskiirguse efektiivsuses vähesel määral. Tegelikud mõõtmised näitasid tasku-tasku varieerumise andmeid koguni 1,4%. See lahknevus tõi otseselt kaasa ebajärjekindla epitaksiaalse kihi kasvukiiruse sama partii erinevatesse taskutesse paigutatud räniplaatidel, mille tulemuseks oli liigne kile paksuse kõrvalekalle.

2. Sustseptori lamedus alla <0,20 mm põhjustas termilise välja ja vooluvälja turbulentsi

Algsete sustseptorite tasasust suudeti säilitada ainult <0,20 mm tasemel. Kõrge temperatuuriga epitaksia keskkondades 1100–1200 °C põhjustab ebaühtlane pind reageerivas gaasivoolus lokaalseid pööriseid, tekitades samal ajal sustseptori ja induktsioonkuumuti vahele ebaühtlased tühimikud. Seejärel kutsus see esile ebaühtlased soojusväljad kogu pinnal, halvendades kile paksuse kõikumisi.

Valupunktide ja tehnilise mehhanismi analüüs

IV. VeTeki kohandatud lahendus: CVD vooluvälja simulatsioon ja ülitäpse tööriistade optimeerimine

Põhiperspektiiv: Voolu- ja soojusväljade optimeerimine arvsimulatsiooni abil koos mikronitaseme täppis-CNC-töötluse ja kõrge puhtusastmega tiheda CVD SiC kattega muudab sustseptori jõudlust põhjalikult.

Kliendi taskust tasku varieerumise ja tasasuse kitsaskohtade lahendamiseks viis VeTek Semiconductori insenerimeeskond läbi kohapealsed hindamised, eraldas reaktori tööparameetrid ja kavandas täielikult kohandatud, otsast lõpuni optimeerimislahenduse:

VeTeki pooljuhtide täiustatud täppistöötlus, puhasruum ja kvaliteedikontrolli seadmed

1. CVD ahju sisevoolu ja soojusvälja simulatsioon

ANSYS Fluenti abil viidi läbi 3D numbrilised simulatsioonid gaasivoolu kiiruse, piirkihi paksuse ja soojuskiirguse soojusülekande kohta CVD reaktoris. Modelleerimisanalüüside põhjal kujundati ümber tasku serva ülemineku raadiused ja gaasi suunavad soone struktuurid sustseptori pinnal, mis võimaldas reaktiivgaasidel säilitada iga tasku kohal väga ühtlast laminaarset voolurežiimi ja kõrvaldada lokaalsed keerised.

2. Suure täpsusega grafiidist substraadi töötlemise ja tööriistade optimeerimine

Substraadi materjaliks valiti suure tihedusega ja kõrge puhtusastmega isotroopne isostaatiline grafiit koos täiustatud 5-teljelise CNC täppistöötlustööriistaga. Kinnituspinge kontrolli ja tööriista trajektoore töötlemise ajal täpsustades kontrolliti töötlemisjärgset sustseptori tasasust rangelt alla 0,20 mm kuni <0,15 mm, kusjuures südamiku tipptasemel sustseptori pinnad saavutasid läbimurdelise tasasuse <0,08 mm.

3. Patenteeritud kõrge puhtusastmega tiheda CVD ränikarbiidi kattetehnoloogia

Grafiidi substraadi pinnale kasvatati keemilise aurustamise-sadestamise (CVD) abil ühtlase paksusega väga tihe α-SiC kate. Katte puhtusaste on kuni 99,999% (5N-6N klass), kõrge soojusjuhtivus ja vastupidavus kuuma vesinikkloriidi (HCl) gaasi korrosioonile. See sobib ideaalselt grafiidist substraadi soojuspaisumisteguriga (CTE), tagades kiire termilise tsükli ajal mikropragude või delaminatsiooni puudumise.

Tehnilised lahendused ja jõudluse eelised

CVD SiC katte peamised füüsikalised omadused, SEM-i paksuse ühtlus ja ülikõrge puhtusastmega analüüs

V. Tulemused ja andmed: faktide ja kvantifitseeritavate mõõdikutega rääkimine

Põhiperspektiiv: mõõdetud väliandmed näitavad, et sustseptori tasasuse optimeerimine tähendas otseselt epitaksiaalse kile tasku-tasku erinevuse märkimisväärset 50,7% vähenemist.

Pärast vanade osade asendamist VeTek Semiconductori optimeeritud mitme taskuga räni epitaksiliste grafiidisusseptoritega viis klient oma liinil läbi 30-päevase pideva suuremahulise tootmise jälgimise uuringu. Kogutud tõelised kvaliteedi parandamise andmed hõlmavad järgmist:

1. Kile paksuse varieerumine taskust taskusse on vähendatud 0,69%-ni

Kliendi mõõdetud tootmisandmed näitasid, et taskust taskusse varieerumine langes oluliselt 1,4%-lt 0,69%-le, saavutades üldise vähenemise 50,7%. See minimeeris drastiliselt kasvutempo lüngad erinevates taskutes.

2. Sustseptori pinna tasane läbimurre kuni <0,08 mm

Vooluvälja optimeerimise ja ülitäpsete tööriistade abil saavutasid masstoodanguna toodetud sustseptorid pidevalt tasapinnalise täpsusega <0,15 mm, kusjuures tipptasemel sustseptorid tabasid stabiilselt alla 0,08 mm, ületades oluliselt standardseid tööstusnorme.

3. Olulised paranemised kile paksuse ühtluses ja üldises saagises

Tänu väga stabiilsetele soojus- ja vooluväljadele jõudsid epitaksiaalse kihi takistuse ja paksuse ühtluse mõõdikud esmaklassilistesse vahemikesse. Valukoja A-klassi vahvlite saagise määr kasvas ligikaudu 3,5%, säästes igal aastal sadu tuhandeid RMB-sid vanarauatud vahvlikuludelt.

VI. Korduma kippuvad küsimused (KKK)

1. küsimus: miks mõjutab mitme taskuga räni epitaksilise grafiidi sustseptori lamedus kile paksuse ühtlust nii palju?

Vastus:Kõrgtemperatuurilistes CVD-protsessides kuumutatakse räniplaate peamiselt soojusjuhtivuse ja sustseptori soojuskiirguse kaudu. Kui sustseptori lamedus on halb (nt > 0,20 mm), tekitab see sustseptori ja selle all oleva küttekeha vahele ebaühtlased tühimikud, põhjustades lokaalseid temperatuurimuutusi. Samal ajal häirib ebaühtlane pind reageerivate gaaside laminaarset voolu, põhjustades lokaalseid gaasikontsentratsiooni ja kiiruse kõikumisi, mis avalduvad otseselt kile paksuse varieerumisena taskust taskusse.

Q2: Mis on VeTeki CVD SiC-ga kaetud grafiidisusseptorite kasutusiga?

Vastus:VeTek kasutab ülikõrge puhtusastmega CVD ränikarbiidkatteid, mis on konstrueeritud nii, et CTE on täpselt sobitatud grafiidist aluspinnaga. Temperatuuril 1200 °C kõrgel temperatuuril ja H2/HCl söövitavas keskkonnas on sellel erakordne termilise šoki vastupidavus ja keemiline inertsus, mis pikendab tavaliselt kasutusiga 30% kuni 50% võrreldes tavaliste tööstusliku kattega sustseptoritega.

3. küsimus: kas VeTek saab pakkuda kohandatud projekteerimist, kui meil on kohandatud CVD epitaksia reaktorimudelid?

Vastus:Jah. VeTekil on täielikud CVD voolu/termilise välja simulatsiooni võimalused ja täpne CNC töötlemisahel. Saame teostada 1:1 pöördprojekteerimist või konstruktsiooni optimeerimist, võttes aluseks kliendi pakutud ahju mõõtmed, õhuvoolu parameetrid või pärandsustseptori joonised.

4. küsimus: Kuidas on täppissusseptori lamedus kaitstud transpordi ajal transpordikahjustuste eest?

Vastus:Kõik susseptortooted läbivad ultrahelipuhastuse ja antistaatilise vaakumpakenduse klassi 1000 puhastes ruumides. Sisemus on kinnitatud kohandatud suure tihedusega EVA löögisummutusmoodulitega ja väliskülg on pakendatud ekspordikvaliteediga fumigeeritud puidust kastidesse, tagades löögivaba kohaletoimetamise.

VII. Järeldus

Põhiperspektiiv: kvaliteetsed pooljuhtide mehaanilised ja termodünaamilised tööriistakomponendid kujutavad endast otseinvesteeringut valukoja konkurentsivõime suurendamisse.

Rakendades CVD vooluvälja simulatsiooni, täppistööriistade juhtimist ja CVD SiC katte optimeerimist mitme taskuga räni epitaksilise grafiidi sustseptoritel, aitas VeTek Semiconductor kliendil edukalt vähendada kile paksuse taskust taskusse varieerumist 1,4%-lt 0,69%-le, lahendades suurepäraselt pikaajalise kile paksuse vormi väljakutse.

Kui puutute kokku ka tehniliste valupunktidega, nagu epitaksiaalse kihi ebaühtlus, grafiidi sustseptori deformatsioon, suur tasku-tasku varieerumine või CVD-katte koorimine, võtke julgelt ühendust VeTek Semiconductori tehnilise ekspertide meeskonnaga, et saada tasuta vooluvälja hindamine ja kohandatud optimeerimiskava!