Löser SiC-beläggning av kantgulning för att öka CVD-utbytet från 50 % till 90 %

Under den epitaxiella tillväxtprocessen för sammansatta halvledare och tredje generationens halvledare måste de högrena grafitsusceptorerna och grafitdelarna inuti MOCVD-utrustningen motstå höga temperaturer och allvarlig kemisk korrosion, och är starkt beroende av täta CVD-kiselkarbid (SiC) beläggningar för skydd. För att ta itu med kundens utmaning med gulning av kiselkarbidbeläggningskanter och minskad vidhäftning inuti reaktionskammare för hög temperatur, eliminerade VeTek Semiconductor helt kantdefekter genom rekonstruktion av avsättningskinetik och processparameterkontroll, vilket ökade den färdiga produktens avkastning från 50 % till 90 %, vilket avsevärt minskade kostnader för byte av utrustning för kunder och komponenter.

1. Ögonblicksbild av nyckeldata och jämförelse av prestanda

 Figur 1: MOCVD kiselkarbidbelagd grafitsusceptor

Under den epitaxiella tillväxten av sammansatta halvledare och tredje generationens halvledare, bestämmer kvaliteten på CVD-kiselkarbidbeläggning på grafitsusceptorer och termiska fältkomponenter direkt waferkvalitet och produktionskostnad. Nedan är jämförelsen av nyckelmått före och efter processoptimering av VeTek Semiconductor:

2. Kundbakgrund och epitaxiella tillämpningsscenarier för MOCVD

Figur 2: Arbetsscen av grafitsusceptor och waferbricka inuti MOCVD-reaktionskammaren

Partnern i detta projekt är ett tredje generationens halvledar- och sammansatta epitaxiella chiptillverkningsföretag, länge dedikerat till forskning, utveckling och massproduktion av högpresterande galliumnitrid (GaN) och kiselkarbid (SiC) epitaxiella wafers. I MOCVD-produktionslinjen (Metal-Organic Chemical Vapour Deposition) är grafitsusceptorer och relaterade termiska fältbelagda kiselkarbidkomponenter kärnförbrukningsvaror som direkt bär wafers och arbetar under höga temperaturer som överstiger 1000°C såväl som starkt korrosiva gasflöden.

På grund av den extremt tuffa miljön inuti MOCVD-reaktionskammaren, dikterar kvaliteten på kiselkarbidbeläggningen på grafitkomponentens yta direkt värmeledningslikformighet, partikelkontaminationskontroll och susceptorlivslängd. När epitaxiella waferstorlekar uppgraderas mot 8 tum, ställde kunden extremt höga specifikationskrav på gränssnittets täthet, termisk chockbeständighet och ytmorfologi hos beläggningen.

3. Fördjupad analys av CVD-kiselkarbidbeläggningskantgulningsorsaker och flaskhalsar

 Innan kunden anlitade VeTek Semiconductor-processoptimeringsteamet stötte kunden på allvarliga kvalitetsflaskhalsar i sin interna eller outsourcade produktionslinje för CVD-kiselkarbidbeläggning:

· Gulning av beläggningskanter:Efter avsättning i CVD-reaktionsugnen uppträdde ofta synliga ljusgula eller fläckiga färgskillnader i kantområdena av kiselkarbidbelagda komponenter, vilket misslyckades med att klara en strikt kvalitetskontroll av halvledarkvalitet från fabriken.

· Mikroskopiska spänningsdefekter vid bindningsgränssnittet:Under den ursprungliga processen med hög avsättningshastighet (~25 μm/h) ackumulerades betydande inre termisk spänning mellan beläggningen och grafitsubstratet, såväl som vid mikroskopiska gränssnitt mellan olika deponeringssteg, på grund av alltför snabb kristallisationshastighet för kemisk ångavsättning.

· Extremt lågt produktionsutbyte och kostnadstryck:Begränsad av risker för kantgulning och avskalning, svävade det omfattande utbytet av beläggningsprodukter på låga 50 % under lång tid, vilket ledde till ihållande höga produktionskostnader och svårigheter att garantera stabila leveransscheman för nedströms MOCVD-epitaxikunder.

4. Hur man löser kiselkarbidbeläggningsfläckar och stressdefekter

Figur 3: VeTek Semiconductor Advanced CVD SiC Coating Process & Technology Flödesschema

För att ta itu med ovannämnda processvärkpunkter genomförde VeTek Semiconductors tekniska team en djupgående analys av flödesfältsfördelning, temperaturfältsfördelning och reaktionsgas (SiC-prekursor) termisk nedbrytningskinetik inom CVD-reaktionskammaren, och formulerade en systematisk processtransformationsplan.

Kärnprocessförändring: stegvis kontroll av deponeringshastighet
Den ursprungliga processen använde en hög deponeringshastighet på 25 μm/h under hela deponeringscykeln, vilket orsakade alltför intensiv tillväxt av kristallkärnor, fassegregering av mikroföroreningar som avviker från stökiometri och stresskoncentration vid morfologiska kanter. VeTek-teamet reducerade exakt deponeringshastigheten under det inledande deponeringssteget till 12 μm/h. Genom att sakta ner kärnbildningshastigheten hade kiselkarbidkristallkärnor tillräckligt med tid att ordnas i grafitmikroporer och yta, vilket uppnådde en tät bindning på atomnivå mellan "beläggningen och grafitsubstratet" såväl som "mellan olika avsättningsskikt."

Finjustering av CVD-kammarens flödesfält och termiska fält
Inloppsflödeshastighetsförhållandet för prekursorgaser (såsom MTS och H2) och gasflödesstyrningsvinklar justerades, vilket optimerade gränsskikttjockleken i kantområden. Detta säkerställde att det stökiometriska förhållandet mellan kisel och kolatomer vid kanterna av komplexa geometriska komponenter förblev strikt 1:1, vilket eliminerade färgvariationer och gulning orsakad av lokaliserad kisel/kolanrikning.

5. Övning och prestationer av MOCVD högren grafitsusceptorbeläggningsutbyte

Figur 4: Högren CVD-kiselkarbidbelagd grafitsusceptor med enhetlig ytfärg och inga defekter

Genom att implementera ovanstående CVD-processförändringar hjälpte VeTek Semiconductor kunden att uppnå anmärkningsvärt betydande ekonomiska fördelar och kvalitetsförbättringar:

· Dramatisk avkastningsökning:Kvalificeringsgraden för färdiga produkter för kiselkarbidbelagda produkter steg från 50 % till 90 %, vilket helt löste skrotningsproblem orsakade av kantgulning.

· Förbättrad gränssnittsbindningstäthet:Efter att ha reducerat den initiala avsättningshastigheten till 12 μm/h, minskade den termiska avskalningsspänningen mellan beläggningen och grafitsubstratet med över 40 %, och den termiska cykellivslängden ökade med 1,5 gånger.

· Förkortad leveranstid:På grund av en betydande nedgång i omarbetnings- och skrothastigheter förkortades den omfattande produktionscykeln av komponenter med 35 % och enhetskostnaden minskade med 30 %, vilket starkt garanterar kontinuerliga kapacitetsutbyggnadsbehov för nedströms MOCVD-epitaxproduktionslinjer.

6. Vanliga frågor (FAQ)

Figur 5: VeTek Semiconductor High-Standard Workshop och tillverkningsbas

F: Vilka betydande skador orsakar gulning av kiselkarbidbeläggningskanter på nedströms MOCVD-epitaxprocesser?

S: Kantgulning betecknar vanligtvis mikroskopiska gitterdefekter, stökiometriska avvikelser (såsom lokal anrikning av fritt kisel eller fritt kol) eller kvarvarande inre spänningar i regionens kiselkarbidbeläggning. Under den höga temperaturen (1000°C+) och starkt korrosiv gasmiljö (t.ex. NH3, HCl) under epitaxiell tillväxt, är gulnade områden mer mottagliga för avskalning av beläggningen, mikrosprickförökning eller frigörande av föroreningsgas. Detta förorenar direkt epitaxiella wafers, ökar defektdensiteten i epitaxialskiktet och skadar i allvarliga fall själva grafitsusceptorn.

F: Ökar produktionskostnaderna avsevärt att sänka den initiala deponeringshastigheten (från 25 μm/h till 12 μm/h)?

S: Även om en sänkning av den initiala deponeringshastigheten ökar något ökar varaktigheten av det första steget, tillämpar vi bara den milda hastigheten på 12 μm/h under den initiala gränssnittstillväxtfasen (de första mikrometrarna). När tät gränssnittsbindning har etablerats, återupptas standardavsättningen med hög effektivitet. Ännu viktigare är att avkastningshoppningen från 50 % till 90 % minskar mängden skrot och råvaruavfall, vilket vida uppväger den mindre ökningen av arbetstimmar, vilket i slutändan minskar de totala produktionskostnaderna per enhet med cirka 30 %.

F: Kan VeTek Semiconductor tillhandahålla kiselkarbidbeläggningstjänster för skräddarsydda grafitkomponenter?

A: Ja. VeTek stöder anpassningstjänster i hela kedjan från precisionsbearbetning av grafitsubstrat med hög renhet (såsom mikroporer, komplexa flödeskanaler, specialformade susceptorer) till CVD-kiselkarbidbeläggningar och CVD-tantalkarbidbeläggningar (TaC). Vi kan också justera deponeringsprocesser enligt den specifika termiska fältfördelningen av kundreaktionsugnar.

7. Sammanfattning och tekniska stödtjänster

Mindre processjusteringar i halvledarmaterial och komponenter dikterar ofta avkastningen och kostnadsframgången för tillverkning av nedströms chip. Med djup teknisk expertis inom CVD-kiselkarbidbeläggningar, högrena grafitdelar och tredje generationens termiska halvledarfält, löste VeTek Semiconductor framgångsrikt industriutmaningen med gulning av beläggningskanter, och hjälpte kunderna att uppnå 90 % ultrahögt utbyte och överlägsen komponentlivslängd.

Om du också står inför utmaningar med avskalning av MOCVD grafitkomponentbeläggning, kantgulning, termisk chocksprickning eller anpassad komponentbearbetning, välkommen att utforska vårCVD kiselkarbidbelagd grafitsusceptor detaljsida ochAnpassningstjänster för högrena halvledargrafitdelar, eller kontakta expertteamet på VeTek Semiconductor. Vi kommer att förse dig med gratis processdiagnostik och provtesttjänster!

Figur 6: Panoramavy över VeTek Semiconductor FoU och tillverkningspark