SiC katte serva kollasuse kõrvaldamine, et suurendada CVD saagist 50%-lt 90%-le

Liitpooljuhtide ja kolmanda põlvkonna pooljuhtide epitaksiaalse kasvu käigus peavad MOCVD-seadmetes olevad kõrge puhtusastmega grafiidisusseptorid ja grafiidist osad taluma kõrgeid temperatuure ja tugevat keemilist korrosiooni, tuginedes kaitseks suuresti tihedale CVD ränikarbiidi (SiC) katetele. Tegeledes kliendi väljakutsega ränikarbiidkatte servade kollaseks muutumise ja kõrge temperatuuriga reaktsioonikambrite vähenenud nakkumise osas, kõrvaldas VeTek Semiconductor täielikult servadefektid sadestamise kineetika rekonstrueerimise ja protsessiparameetrite juhtimise abil, suurendades valmistoote saagist 50%-lt 90%-le, vähendades oluliselt kliendi seadmete seisakuaega ja komponentide asendamise kulusid.

1. Põhiandmete hetktõmmis ja toimivuse võrdlus

 Joonis 1: MOCVD ränikarbiidiga kaetud grafiidi sustseptor

Liitpooljuhtide ja kolmanda põlvkonna pooljuhtide epitaksiaalse kasvu ajal määrab CVD ränikarbiidi katte kvaliteet grafiidisustseptoritel ja soojusvälja komponentidel otseselt vahvli kvaliteedi ja tootmiskulud. Allpool on põhimõõdikute võrdlus enne ja pärast protsessi optimeerimist VeTek Semiconductori poolt:

2. Kliendi taust ja MOCVD epitaksiaalsete rakenduste stsenaariumid

Joonis 2: MOCVD reaktsioonikambri sees oleva grafiidi sustseptori ja vahvlialuse tööstseen

Selle projekti partner on kolmanda põlvkonna pooljuhtide ja liitepitaksiaalsete kiipide tootmisettevõte, mis on pikka aega pühendunud suure jõudlusega galliumnitriidi (GaN) ja ränikarbiidi (SiC) epitaksiaalvahvlite uurimisele, arendustegevusele ja masstootmisele. MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition) tootmisliinil on grafiit-sustseptorid ja nendega seotud termovälja ränikarbiidiga kaetud komponendid südamiku kulumaterjalid, mis kannavad vahetult vahvleid ja töötavad kõrgetel temperatuuridel, mis ületavad 1000 °C, samuti tugevalt söövitavate gaasivoogude korral.

Tänu MOCVD reaktsioonikambris valitsevale äärmiselt karmile keskkonnale dikteerib grafiitkomponendi pinnal oleva ränikarbiidi katte kvaliteet otseselt soojusjuhtivuse ühtlust, osakeste saastumise kontrolli ja sustseptori kasutusiga. Kuna epitaksiaalsete vahvlite suurused suurenesid 8 tolli suunas, kehtestas klient liidese tiheduse, soojuslöögikindluse ja katte pinna morfoloogia osas äärmiselt kõrged nõuded.

3. CVD ränikarbiidkatte servade kollaseks muutumise põhjuste ja kitsaskohtade põhjalik analüüs

 Enne VeTek Semiconductori protsesside optimeerimismeeskonna kaasamist koges klient oma ettevõttesisesel või väljast tellitud CVD ränikarbiidkatte tootmisliinil tõsiseid kvaliteedi kitsaskohti:

· Katte serva kollasuse anomaalia:Pärast sadestamist CVD reaktsiooniahjus ilmnesid ränikarbiidiga kaetud komponentide servaaladel sageli nähtavad helekollased või laigulised värvierinevused, mis ei läbinud ranget pooljuhtide kvaliteedikontrolli tehase kontrolli.

· Mikroskoopilised pingedefektid sidumisliideses:Algse kõrge sadestumiskiirusega protsessi (~ 25 μm / h) korral kogunes katte ja grafiidist substraadi vahel, aga ka mikroskoopilistes liidestes erinevate sadestamisetappide vahel, liiga kiire keemilise aurustamise-sadestamise kristallisatsioonikiiruse tõttu märkimisväärne sisemine termiline pinge.

· Äärmiselt madal tootlikkus ja kulusurve:Servade kollaseks muutumise ja koorumise ohtude tõttu püsis kattetoodete üldine saagis pikka aega madalal 50% juures, mis tõi kaasa püsivalt kõrged tootmiskulud ja raskused stabiilsete tarnegraafikute tagamisel MOCVD epitaksikutele.

4. Kuidas lahendada ränikarbiidkatte koorumist ja stressist tingitud defekte

Joonis 3: VeTek Semiconductor Advanced CVD SiC katmisprotsessi ja tehnoloogia vooskeem

Eespool nimetatud protsessi valupunktide lahendamiseks viis VeTek Semiconductori tehniline meeskond läbi põhjaliku analüüsi vooluvälja jaotuse, temperatuurivälja jaotuse ja reaktsioonigaasi (SiC prekursor) termilise lagunemise kineetika kohta CVD reaktsioonikambris, koostades süstemaatilise protsessi ümberkujundamise plaani.

Põhiprotsessi muutmine: astmeline sadestamise määra juhtimine
Algses protsessis kasutati kogu sadestustsükli jooksul kõrget sadestamiskiirust 25 μm / h, põhjustades liiga intensiivset kristallide tuuma kasvu, stöhhiomeetriast kõrvalekalduvat mikrolisandite faasi eraldamist ja stressi kontsentratsiooni morfoloogilistes servades. VeTeki meeskond vähendas sadestumise kiirust esialgse sadestamisetapi ajal täpselt 12 μm / h. Tuuma moodustumise kiirust aeglustades oli ränikarbiidi kristallide tuumadel piisavalt aega grafiidi mikropoorides ja pinnases korrasolekuks, saavutades aatomitasemel tiheda sideme „katte ja grafiidisubstraadi“ ning „erinevate sadestamiskihtide“ vahel.

CVD kambri vooluvälja ja soojusvälja peenhäälestus
Reguleeriti lähtegaaside (nagu MTS ja H₂) sisselaskevoolu kiiruse suhet ja gaasivoolu juhtimisnurki, optimeerides piirkihi paksust servapiirkondades. See tagas, et räni ja süsinikuaatomite stöhhiomeetriline suhe keeruliste geomeetriliste komponentide servades jäi rangelt 1:1, välistades lokaalse räni / süsiniku rikastamisest põhjustatud värvimuutused ja kollasuse.

5. MOCVD kõrge puhtusastmega grafiit sustseptori katte saagise parandamise praktika ja saavutused

Joonis 4: kõrge puhtusastmega CVD ränikarbiidiga kaetud grafiidist sustseptor ühtlase pinnavärviga ja defektideta

Rakendades ülaltoodud CVD protsessi muudatusi, aitas VeTek Semiconductor kliendil saavutada märkimisväärset majanduslikku kasu ja parandada kvaliteeti:

· Dramaatiline tootluse tõus:Ränikarbiidiga kaetud toodete valmistoodete kvalifitseerimise määr tõusis 50%-lt 90%-le, lahendades täielikult servade kollaseks muutumisest põhjustatud vanarauamisprobleemid.

· Täiustatud liidese sidumise tihedus:Pärast esialgse sadestamise kiiruse vähendamist 12 μm/h-ni vähenes katte ja grafiidist aluspinna vaheline koorumise termiline pinge üle 40% ja termilise tsükli eluiga pikenes 1,5 korda.

· Lühendatud tarneaeg:Ümbertöötamise ja praagi määrade olulise languse tõttu lühenes komponentide terviklik tootmistsükkel 35% ja ühiku maksumus vähenes 30%, tagades tugevalt MOCVD epitaksi tootmisliinide tootmisliinide pideva võimsuse suurendamise vajaduse.

6. Korduma kippuvad küsimused (KKK)

Joonis 5: VeTeki pooljuhtide kõrge standardi töökoda ja tootmisbaas

K: Millist olulist kahju ränikarbiidist katte servade kollaseks muutumine põhjustab MOCVD epitaksiprotsesside allavoolu?

V: Servade kollasus tähistab tavaliselt mikroskoopilisi võre defekte, stöhhiomeetrilisi kõrvalekaldeid (nt vaba räni või vaba süsiniku lokaalne rikastamine) või selle piirkonna ränikarbiidkatte sisemist jääkpinget. Kõrgel temperatuuril (1000 °C+) ja tugevalt söövitava gaasi keskkonnas (nt NH3, HCl) epitaksiaalse kasvu ajal on koltunud alad vastuvõtlikumad katte koorumisele, mikropragude levimisele või lisandgaaside vabanemisele. See saastab otseselt epitaksiaalseid vahvleid, suurendab defektide tihedust epitaksiaalses kihis ja rasketel juhtudel kahjustab grafiidi sustseptorit ennast.

K: Kas esialgse sadestamise kiiruse alandamine (25 μm/h-lt 12 μm/h-le) suurendab oluliselt tootmiskulusid?

V: Kuigi algse sadestuskiiruse alandamine pikendab veidi esimese etapi kestust, rakendame õrna kiirust 12 μm/h ainult liidese algfaasis (esimesed paar mikromeetrit). Kui liidese tihe sidumine on loodud, jätkub standardne kõrge efektiivsusega sadestamine. Veelgi olulisem on see, et saagikuse hüpe 50%-lt 90%-le vähendab vanaraua määra ja tooraine raiskamist, mis kaalub üles töötundide vähese suurenemise, vähendades lõppkokkuvõttes ühiku tootmiskulusid ligikaudu 30%.

K: Kas VeTek Semiconductor võib pakkuda kohandatud grafiidikomponentide jaoks ränikarbiidiga katmisteenuseid?

V: Jah. VeTek toetab täisahela kohandamisteenuseid alates kõrge puhtusastmega grafiidist substraatide (nagu mikropoorid, keerulised voolukanalid, kohandatud kujuga sustseptorid) täppistöötlusest kuni CVD ränikarbiidkatete ja CVD tantaalkarbiidi (TaC) kateteni. Samuti saame reguleerida sadestamisprotsesse vastavalt kliendi reaktsiooniahjude spetsiifilisele soojusvälja jaotusele.

7. Kokkuvõte ja tehnilised tugiteenused

Väiksed protsessikohandused pooljuhtmaterjalides ja -komponentides määravad sageli järgnevate kiipide tootmise saagikuse ja kulude edukuse. Oma sügavate tehniliste teadmistega CVD ränikarbiidkatete, kõrge puhtusastmega grafiidist osade ja kolmanda põlvkonna pooljuhtide soojusväljade vallas lahendas VeTek Semiconductor edukalt tööstusharu väljakutse, mis seisneb pinnakatte servade kollasuses, aidates klientidel saavutada 90% ülikõrge saagise ja suurepärase komponentide pikaealisuse.

Kui teil on probleeme ka MOCVD grafiitkatete koorimise, servade kollaseks muutumise, termilise šoki pragunemise või kohandatud komponentide töötlemisega, tere tulemast tutvuma meieCVD ränikarbiidiga kaetud grafiit sustseptori üksikasjade leht jaKõrge puhtusastmega pooljuhtgrafiitdetailide kohandamisteenusedvõi võtke ühendust VeTek Semiconductori ekspertide tehnilise meeskonnaga. Pakume teile tasuta protsessidiagnostika ja näidistestide teenust!

Joonis 6: Panoraamvaade VeTeki pooljuhtide uurimis- ja arendustegevusest ning tootmispargist