رفع زردی لبه پوشش SiC برای افزایش بازده CVD از 50٪ به 90٪

در طول فرآیند رشد همپایه نیمه هادی های مرکب و نیمه هادی های نسل سوم، گیرنده های گرافیت با خلوص بالا و قطعات گرافیتی داخل تجهیزات MOCVD باید در برابر دماهای بالا و خوردگی شدید شیمیایی مقاومت کنند و برای محافظت به شدت بر روی پوشش های کاربید سیلیکون CVD متراکم (SiC) متکی هستند. با توجه به چالش مشتری در مورد زرد شدن لبه های پوشش کاربید سیلیکون و کاهش چسبندگی در محفظه های واکنش با دمای بالا، نیمه هادی VeTek با بازسازی سینتیک رسوب و کنترل پارامترهای فرآیند، عیوب لبه ها را به طور کامل از بین برد، و بازده محصول نهایی را از 50٪ به 90٪ افزایش داد و به طور قابل توجهی هزینه های تعویض قطعات را کاهش داد.

1. عکس فوری داده های کلیدی و مقایسه عملکرد

 شکل 1: گیرنده گرافیت پوشش داده شده با کاربید سیلیکون MOCVD

در طول رشد همپایه نیمه هادی های ترکیبی و نیمه هادی های نسل سوم، کیفیت پوشش کاربید سیلیکون CVD بر روی گیرنده های گرافیت و اجزای میدان حرارتی به طور مستقیم کیفیت ویفر و هزینه تولید را تعیین می کند. در زیر مقایسه معیارهای کلیدی قبل و بعد از بهینه سازی فرآیند توسط VeTek Semiconductor آورده شده است:

2. زمینه مشتری و سناریوهای کاربردی همسانی MOCVD

شکل 2: صحنه کار گیرنده گرافیت و سینی ویفر در داخل محفظه واکنش MOCVD

شریک این پروژه یک شرکت تولیدی تراشه های همپایه نیمه هادی و ترکیبی نسل سوم است که مدت هاست به تحقیق، توسعه و تولید انبوه ویفرهای همپای گالیوم نیترید (GaN) و کاربید سیلیکون (SiC) با کارایی بالا اختصاص دارد. در خط تولید MOCVD (رسوب بخار شیمیایی فلزی-آلی)، گیرنده‌های گرافیت و اجزای پوشش‌دهی شده با کاربید سیلیکون میدان حرارتی مرتبط، مواد مصرفی اصلی هستند که مستقیماً ویفرها را حمل می‌کنند و در دمای بالای بیش از 1000 درجه سانتی‌گراد و همچنین جریان‌های گاز شدیدا خورنده عمل می‌کنند.

با توجه به محیط بسیار سخت در داخل محفظه واکنش MOCVD، کیفیت پوشش کاربید سیلیکون روی سطح اجزای گرافیت به طور مستقیم یکنواختی هدایت حرارتی، کنترل آلودگی ذرات و عمر مفید گیرنده را دیکته می‌کند. از آنجایی که اندازه ویفر اپیتاکسیال به 8 اینچ ارتقا می یابد، مشتری الزامات بسیار بالایی را در خصوص سفتی رابط، مقاومت در برابر شوک حرارتی و مورفولوژی سطح پوشش اعمال می کند.

3. تجزیه و تحلیل عمیق CVD سیلیکون کاربید پوشش لبه زردی علل و گلوگاه ها

 قبل از درگیر شدن با تیم بهینه‌سازی فرآیند VeTek Semiconductor، مشتری با گلوگاه‌های کیفی شدید در خط تولید پوشش کاربید سیلیکون CVD داخلی یا برون‌سپاری خود مواجه شد:

· ناهنجاری زرد شدن لبه پوشش:پس از رسوب در کوره واکنش CVD، تفاوت رنگ زرد روشن یا خالدار اغلب در نواحی لبه اجزای پوشش داده شده با کاربید سیلیکون ظاهر می‌شود، که بازرسی دقیق کارخانه QC درجه نیمه هادی را رد می‌کند.

· نقص استرس میکروسکوپی در رابط اتصال:تحت فرآیند اصلی با نرخ رسوب بالا (~25 میکرومتر در ساعت)، تنش حرارتی داخلی قابل توجهی بین پوشش و بستر گرافیت، و همچنین در رابط های میکروسکوپی بین مراحل مختلف رسوب، به دلیل سرعت تبلور بیش از حد سریع رسوب بخار شیمیایی، انباشته شد.

· بازده تولید بسیار پایین و فشار هزینه:با توجه به خطرات زرد شدن لبه و لایه برداری، بازده جامع محصولات پوشش برای مدت طولانی در 50% پایین باقی ماند که منجر به هزینه های تولید مداوم و مشکل در تضمین برنامه های عرضه پایدار برای مشتریان پایین دستی MOCVD اپیتاکسی شد.

4. نحوه حل عیوب لایه برداری و استرس پوشش سیلیکون کاربید

شکل 3: نمودار جریان فرآیند و فناوری پوشش پیشرفته CVD SiC نیمه هادی VeTek

برای پرداختن به نقاط درد فرآیند ذکر شده، تیم فنی VeTek Semiconductor تجزیه و تحلیل عمیقی از توزیع میدان جریان، توزیع میدان دما و سینتیک تجزیه حرارتی گاز واکنش (پیش ساز SiC) در محفظه واکنش CVD انجام داد و یک طرح تبدیل فرآیند سیستماتیک را تدوین کرد.

تغییر فرآیند اصلی: کنترل نرخ رسوب پلکانی
فرآیند اصلی از نرخ رسوب بالای 25 میکرومتر در ساعت در کل چرخه رسوب‌گذاری استفاده کرد که باعث رشد هسته کریستالی بسیار شدید، جداسازی فاز میکرو ناخالصی منحرف از استوکیومتری و غلظت تنش در لبه‌های مورفولوژیکی شد. تیم VeTek دقیقاً نرخ رسوب را در مرحله رسوب اولیه به 12 میکرومتر در ساعت کاهش داد. با کاهش سرعت هسته‌زایی، هسته‌های کریستال کاربید سیلیکون زمان کافی برای چیدمان منظم در ریز منافذ و سطح گرافیت داشتند و به پیوند محکم سطح اتمی بین «پوشش و بستر گرافیت» و همچنین «بین لایه‌های رسوب‌گذاری مختلف» دست یافتند.

تنظیم دقیق میدان جریان محفظه CVD و میدان حرارتی
نسبت نرخ جریان ورودی گازهای پیش ساز (مانند MTS و H2) و زوایای هدایت جریان گاز تنظیم شد و ضخامت لایه مرزی در مناطق لبه بهینه شد. این اطمینان حاصل کرد که نسبت استوکیومتری سیلیکون به اتم‌های کربن در لبه‌های اجزای هندسی پیچیده کاملاً 1: 1 باقی می‌ماند و تنوع رنگ و زردی ناشی از غنی‌سازی موضعی سیلیکون/کربن را از بین می‌برد.

5. تمرین و دستاوردهای MOCVD بهبود عملکرد پوشش گیرنده گرافیت با خلوص بالا

شکل 4: گیره گرافیتی پوشش داده شده با کاربید سیلیکون CVD با خلوص بالا با رنگ سطحی یکنواخت و بدون عیب

با اجرای تغییرات فرآیند CVD فوق، VeTek Semiconductor به مشتری کمک کرد تا به مزایای اقتصادی قابل توجه و بهبود کیفیت دست یابد:

· افزایش چشمگیر بازده:نرخ صلاحیت محصول نهایی محصولات پوشش داده شده با کاربید سیلیکون از 50٪ به 90٪ افزایش یافت که به طور کامل مشکلات اسقاط ناشی از زرد شدن لبه را حل کرد.

· تراکم پیوند رابط پیشرفته:پس از کاهش نرخ رسوب اولیه به 12 میکرومتر در ساعت، تنش حرارتی لایه برداری بین پوشش و بستر گرافیت بیش از 40 درصد کاهش یافت و عمر چرخه حرارتی 1.5 برابر افزایش یافت.

· زمان تحویل کوتاه شده:به دلیل کاهش قابل توجه در نرخ‌های دوباره کاری و ضایعات، چرخه تولید جامع قطعات 35% کوتاه شد و هزینه جامع واحد تا 30% کاهش یافت که به شدت نیازهای افزایش ظرفیت مداوم برای خطوط تولید اپیتاکسی MOCVD پایین‌دست را تضمین می‌کند.

6. سوالات متداول (سؤالات متداول)

شکل 5: کارگاه و پایه تولید نیمه هادی VeTek با استاندارد بالا

س: زرد شدن لبه های پوشش کاربید سیلیکون چه آسیب های قابل توجهی برای فرآیندهای اپیتاکسی MOCVD پایین دست ایجاد می کند؟

پاسخ: زرد شدن لبه ها معمولاً نشان دهنده نقص های شبکه میکروسکوپی، انحرافات استوکیومتری (مانند غنی سازی موضعی سیلیکون آزاد یا کربن آزاد)، یا تنش داخلی باقیمانده در پوشش کاربید سیلیکون آن ناحیه است. در دمای بالا (1000 درجه سانتیگراد) و محیط گازی به شدت خورنده (به عنوان مثال، NH3، HCl) در طول رشد همپایه، مناطق زرد شده بیشتر مستعد لایه برداری پوشش، انتشار میکرو ترک، یا انتشار گاز ناخالص هستند. این امر مستقیماً ویفرهای اپیتاکسیال را آلوده می کند، تراکم نقص را در لایه اپیتاکسیال افزایش می دهد و در موارد شدید به خود گیرنده گرافیت آسیب می رساند.

س: آیا کاهش نرخ رسوب اولیه (از 25 میکرومتر بر ساعت به 12 میکرومتر در ساعت) هزینه های تولید را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد؟

پاسخ: اگرچه کاهش نرخ رسوب اولیه اندکی طول مدت مرحله اول را افزایش می دهد، اما ما فقط نرخ ملایم 12 میکرومتر در ساعت را در طول فاز رشد مشترک اولیه (چند میکرومتر اول) اعمال می کنیم. هنگامی که اتصال رابط محکم برقرار شد، رسوب استاندارد با راندمان بالا از سر گرفته می شود. مهمتر از آن، جهش بازده از 50 درصد به 90 درصد، نرخ ضایعات و ضایعات مواد خام را کاهش می دهد، که بسیار بیشتر از افزایش جزئی در ساعات کار است و در نهایت هزینه کل تولید واحد را تقریباً 30 درصد کاهش می دهد.

س: آیا VeTek Semiconductor می تواند خدمات پوشش کاربید سیلیکون را برای اجزای گرافیت سفارشی ارائه دهد؟

ج: بله. VeTek از خدمات سفارشی‌سازی زنجیره کامل از ماشین‌کاری دقیق زیرلایه‌های گرافیت با خلوص بالا (مانند ریز منافذ، کانال‌های جریان پیچیده، گیرنده‌های سفارشی شکل) تا پوشش‌های کاربید سیلیکون CVD و پوشش‌های کاربید تانتالم (TaC) CVD پشتیبانی می‌کند. ما همچنین می‌توانیم فرآیندهای رسوب را با توجه به توزیع میدان حرارتی خاص کوره‌های واکنش مشتری تنظیم کنیم.

7. خلاصه و خدمات پشتیبانی مهندسی

تنظیمات جزئی فرآیند در مواد و اجزای نیمه هادی اغلب بازده و موفقیت هزینه تولید تراشه پایین دستی را دیکته می کند. VeTek Semiconductor با تخصص فنی عمیق در پوشش‌های کاربید سیلیکون CVD، قطعات گرافیتی با خلوص بالا و میدان‌های حرارتی نیمه‌رسانای نسل سوم، چالش صنعتی زرد شدن لبه‌های پوشش را با موفقیت حل کرد و به مشتریان کمک کرد تا به بازدهی فوق‌العاده 90 درصد و طول عمر بالای قطعات دست یابند.

اگر در زمینه لایه برداری پوشش اجزای گرافیت MOCVD، زرد شدن لبه ها، ترک خوردن شوک حرارتی یا ماشینکاری قطعات سفارشی با چالش هایی روبرو هستید، به بررسی ما خوش آمدید.صفحه جزئیات مربوط به گیرنده گرافیت با پوشش کاربید سیلیکون CVD وخدمات سفارشی سازی قطعات گرافیت نیمه هادی با خلوص بالا، یا با تیم فنی متخصص در VeTek Semiconductor تماس بگیرید. ما خدمات تشخیصی فرآیند و آزمایش نمونه را به شما ارائه خواهیم داد!

شکل 6: نمای پانوراما از پارک تحقیق و توسعه و تولید نیمه هادی VeTek