Устранение пожелтения кромок покрытия SiC для увеличения выхода CVD с 50% до 90%

В процессе эпитаксиального выращивания сложных полупроводников и полупроводников третьего поколения графитовые токоприемники высокой чистоты и графитовые детали внутри оборудования MOCVD должны выдерживать высокие температуры и тяжелую химическую коррозию, при этом защита в значительной степени зависит от плотных покрытий CVD из карбида кремния (SiC). Решая проблему пожелтения кромок покрытия из карбида кремния и снижения адгезии внутри высокотемпературных реакционных камер, компания VeTek Semiconductor полностью устранила дефекты кромок за счет реконструкции кинетики осаждения и контроля параметров процесса, увеличив выход готового продукта с 50% до 90%, значительно сократив время простоя оборудования клиента и затраты на замену компонентов.

1. Снимок ключевых данных и сравнение производительности

 Рисунок 1. Графитовый токоприемник с MOCVD-покрытием из карбида кремния

При эпитаксиальном выращивании сложных полупроводников и полупроводников третьего поколения качество CVD-покрытия карбида кремния на графитовых токоприемниках и компонентах термического поля напрямую определяет качество пластин и стоимость производства. Ниже приведено сравнение ключевых показателей до и после оптимизации процессов VeTek Semiconductor:

2. Информация о клиентах и ​​сценарии эпитаксиального применения MOCVD

Рисунок 2: Рабочая сцена графитового токоприемника и пластинчатого лотка внутри реакционной камеры MOCVD.

Партнером в этом проекте является предприятие по производству полупроводниковых и составных эпитаксиальных чипов третьего поколения, долгое время занимающееся исследованиями, разработками и массовым производством высокопроизводительных эпитаксиальных пластин из нитрида галлия (GaN) и карбида кремния (SiC). В производственной линии MOCVD (метал-органическое химическое осаждение из паровой фазы) графитовые токоприемники и связанные с ними компоненты с термическим полем из карбида кремния являются расходными материалами ядра, которые непосредственно несут пластины и работают при высоких температурах, превышающих 1000 ° C, а также в сильно агрессивных газовых потоках.

Из-за чрезвычайно суровых условий внутри реакционной камеры MOCVD качество покрытия из карбида кремния на поверхности графитовых компонентов напрямую влияет на однородность теплопроводности, контроль загрязнения частицами и срок службы токоприемника. Поскольку размеры эпитаксиальных пластин увеличились до 8 дюймов, заказчик предъявляет чрезвычайно высокие требования к герметичности интерфейса, стойкости к термическому удару и морфологии поверхности покрытия.

3. Углубленный анализ причин пожелтения кромок и узких мест покрытия CVD из карбида кремния.

 Прежде чем обратиться к команде по оптимизации процессов VeTek Semiconductor, клиент столкнулся с серьезными узкими местами в области качества на собственной или сторонней линии по производству покрытий из карбида кремния CVD:

· Аномалия пожелтения кромок покрытия:После осаждения в реакционной печи CVD на краях компонентов с покрытием из карбида кремния часто появлялись видимые светло-желтые или пятнистые различия в цвете, которые не прошли строгий заводской контроль качества полупроводникового класса.

· Микроскопические дефекты напряжения на границе склеивания:При исходном процессе осаждения с высокой скоростью (~ 25 мкм/ч) между покрытием и графитовой подложкой, а также на микроскопических границах раздела между различными стадиями осаждения накапливаются значительные внутренние термические напряжения из-за слишком высокой скорости кристаллизации химического осаждения из паровой фазы.

· Чрезвычайно низкая производительность и ценовое давление:Из-за опасности пожелтения кромок и отслоения общий объем производства покрытий в течение длительного времени колебался на низком уровне 50%, что приводило к постоянно высоким производственным затратам и трудностям в обеспечении стабильных графиков поставок для последующих заказчиков MOCVD-эпитаксии.

4. Как решить проблему отслаивания и дефектов покрытия из карбида кремния

Рисунок 3. Блок-схема процесса и технологии усовершенствованного CVD-покрытия SiC компании VeTek Semiconductor.

Чтобы устранить вышеупомянутые проблемы процесса, техническая группа VeTek Semiconductor провела углубленный анализ распределения поля потока, распределения температурного поля и кинетики термического разложения реакционного газа (прекурсора SiC) в реакционной камере CVD, сформулировав систематический план преобразования процесса.

Изменение основного процесса: ступенчатое управление скоростью осаждения
В оригинальном процессе использовалась высокая скорость осаждения 25 мкм/ч на протяжении всего цикла осаждения, что вызывало чрезмерно интенсивный рост кристаллических зародышей, сегрегацию фаз микропримесей, отклоняющуюся от стехиометрии, и концентрацию напряжений на морфологических краях. Команда VeTek точно снизила скорость осаждения на начальном этапе осаждения до 12 мкм/ч. Замедлив скорость зародышеобразования, кристаллические ядра карбида кремния имели достаточно времени, чтобы упорядоченно расположиться внутри графитовых микропор и на поверхности, достигая прочной связи на атомном уровне между «покрытием и графитовой подложкой», а также «между различными слоями осаждения».

Точная настройка поля потока и теплового поля камеры CVD
Соотношение расходов газов-прекурсоров на входе (таких как MTS и H₂) и углы направления потока газа были отрегулированы, оптимизируя толщину пограничного слоя в краевых областях. Это гарантировало, что стехиометрическое соотношение атомов кремния и углерода на краях сложных геометрических компонентов оставалось строго 1:1, исключая изменение цвета и пожелтение, вызванные локализованным обогащением кремния/углерода.

5. Практика и достижения повышения выхода токоприемников из высокочистого графитового покрытия методом MOCVD.

Рис. 4. Графитовый токоприемник с CVD-покрытием из карбида кремния высокой чистоты, однородный цвет поверхности и отсутствие дефектов.

Внедрив вышеуказанные изменения в процесс CVD, компания VeTek Semiconductor помогла заказчику добиться значительных экономических выгод и повышения качества:

· Резкий рост доходности:Уровень квалификации готовой продукции с покрытием из карбида кремния увеличился с 50% до 90%, что полностью решило проблему утилизации, вызванную пожелтением кромок.

· Повышенная плотность соединения интерфейсов:После снижения начальной скорости осаждения до 12 мкм/ч термические напряжения отслаивания между покрытием и графитовой подложкой снизились более чем на 40 %, а срок службы термоцикла увеличился в 1,5 раза.

· Сокращенное время доставки:Из-за значительного снижения количества доработок и брака комплексный производственный цикл компонентов был сокращен на 35%, а комплексная себестоимость единицы продукции снижена на 30%, что надежно гарантирует постоянное расширение мощностей последующих производственных линий MOCVD-эпитаксии.

6. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Рисунок 5. Мастерская и производственная база VeTek Semiconductor, отвечающая высоким стандартам.

Вопрос: Какой существенный вред наносит пожелтение кромок покрытия из карбида кремния в последующих процессах MOCVD-эпитаксии?

Ответ: Пожелтение краев обычно означает микроскопические дефекты решетки, стехиометрические отклонения (например, локализованное обогащение свободным кремнием или свободным углеродом) или остаточное внутреннее напряжение в покрытии карбида кремния этой области. В условиях высокой температуры (1000°C+) и сильно агрессивной газовой среды (например, NH₃, HCl) во время эпитаксиального роста пожелтевшие участки более подвержены отслаиванию покрытия, распространению микротрещин или выделению примесных газов. Это непосредственно загрязняет эпитаксиальные пластины, увеличивает плотность дефектов в эпитаксиальном слое и в тяжелых случаях повреждает сам графитовый токоприемник.

Вопрос: Значительно ли увеличивает производственные затраты снижение начальной скорости осаждения (с 25 мкм/ч до 12 мкм/ч)?

Ответ: Хотя снижение начальной скорости осаждения немного увеличивает продолжительность первого этапа, мы применяем только щадящую скорость 12 мкм/ч во время начальной фазы роста интерфейса (первые несколько микрометров). Как только будет установлено плотное соединение границ раздела, возобновляется стандартное высокоэффективное осаждение. Что еще более важно, скачок выхода продукции с 50% до 90% снижает процент брака и отходов сырья, что намного перевешивает незначительное увеличение рабочего времени, что в конечном итоге снижает общие производственные затраты примерно на 30%.

Вопрос: Может ли VeTek Semiconductor предоставить услуги по нанесению покрытия из карбида кремния на графитовые компоненты по индивидуальному заказу?

А: Да. VeTek поддерживает полную цепочку услуг по индивидуальной настройке: от прецизионной обработки графитовых подложек высокой чистоты (таких как микропоры, сложные каналы потока, токоприемники нестандартной формы) до покрытий CVD из карбида кремния и покрытий CVD из карбида тантала (TaC). Мы также можем адаптировать процессы осаждения в соответствии с конкретным распределением теплового поля реакционных печей заказчика.

7. Услуги сводной и инженерной поддержки

Незначительные корректировки процесса полупроводниковых материалов и компонентов часто определяют производительность и рентабельность последующего производства чипов. Благодаря глубокому техническому опыту в области CVD-покрытий из карбида кремния, деталей из высокочистого графита и тепловых полей полупроводников третьего поколения компания VeTek Semiconductor успешно решила отраслевую проблему пожелтения кромок покрытий, помогая клиентам достичь сверхвысокого выхода продукции на 90% и превосходного срока службы компонентов.

Если вы также столкнулись с проблемами, связанными с отслаиванием покрытия графитовых компонентов MOCVD, пожелтением кромок, растрескиванием при термическом ударе или обработкой нестандартных компонентов, добро пожаловать на нашСтраница сведений о графитовом токоприемнике с CVD-покрытием из карбида кремния иУслуги по индивидуальному заказу деталей из полупроводникового графита высокой чистотыили свяжитесь с экспертной технической командой VeTek Semiconductor. Мы предоставим вам бесплатные услуги по диагностике процесса и выборочному тестированию!

Рисунок 6. Панорамный вид научно-производственного парка VeTek Semiconductor.