วิธีแก้ปัญหาความผันแปรแบบ Pocket-to-Pocket ในตัวรับกราไฟท์แบบ Multi-Pocket Silicon Epitaxy Graphite

โซลูชันการเพิ่มประสิทธิภาพn สำหรับตัวรับเคลือบ CVD SiC ที่มีความแม่นยำสูง

ในการจัดการกับปัญหาความหนาของฟิล์มไม่สม่ำเสมอซึ่งเกิดจากการแปรผันระหว่างกระเป๋าต่อกระเป๋าสูง (1.4%) ในตัวรับกราไฟท์ epitaxy แบบหลายช่องในซิลิคอน VeTek Semiconductor ได้ปรับปรุงความเรียบของตัวรับต่อเป็น <0.08 มม. และลดความแปรผันระหว่างกระเป๋าต่อกระเป๋าเป็น 0.69% ผ่านการจำลองสนามการไหลของเตาเผา CVD และการตัดเฉือนที่มีความแม่นยำสูง ซึ่งช่วยเพิ่มผลผลิตแผ่นเวเฟอร์แบบ epitaxis อย่างมีนัยสำคัญ

ตัวรับกราไฟท์ซิลิคอน Epitaxy แบบหลายกระเป๋าพร้อมการเคลือบ CVD SiC ที่มีความแม่นยำสูง

I. บทสรุปผู้บริหาร

ในระหว่างการผลิตซิลิกอนเอพิแทกซีแบบหลายช่อง ลูกค้าของเรา (โรงหล่อเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์) เผชิญกับความท้าทายที่มีมายาวนานโดยมีการเปลี่ยนแปลงความหนาของชั้นเอพิแทกเซียลสูงจากกระเป๋าต่อกระเป๋า (ข้อมูลเดิม: 1.4%) ความสอดคล้องของเวเฟอร์ epitaxis และผลผลิตของอุปกรณ์ดาวน์สตรีมส่งผลกระทบอย่างรุนแรง ด้วยการดำเนินการจำลองเชิงตัวเลข 3 มิติและการวิเคราะห์พลศาสตร์ของของไหลภายในและสนามความร้อนภายในเตา epitaxy CVD ผสมผสานกับการปรับโครงสร้างเครื่องมือให้เหมาะสมและเทคโนโลยีการเคลือบซิลิคอนคาร์ไบด์ (CVD SiC) การตกตะกอนด้วยไอสารเคมีที่มีความแม่นยำสูง ทีมงาน VeTek Semiconductor ได้ปรับปรุงความเรียบของพื้นผิวของตัวรับกราไฟท์ epitaxy แบบหลายช่องจากซิลิคอนอย่างมีนัยสำคัญจาก <0.20 มม. ถึง <0.08 มม. หลังจากการปรับปรุงเหล่านี้ ความแปรผันของความหนาของฟิล์มแบบ Pocket-to-Pocket ของลูกค้าลดลงอย่างมากเป็น 0.69% ซึ่งบรรลุการก้าวกระโดดเชิงคุณภาพในเรื่องความสม่ำเสมอของความหนาของฟิล์ม

การเปรียบเทียบตัวชี้วัดประสิทธิภาพหลัก

ครั้งที่สอง ความเป็นมาของลูกค้า: การค้นหาโซลูชันการผลิตแบบเอปิแอกเชียลที่มีความสม่ำเสมอสูง

มุมมองหลัก: ในการผลิตซิลิโคนเอพิแทกซีขนาดใหญ่ที่มีหลายช่อง แม้แต่การเปลี่ยนรูปของซัพเซพเตอร์เพียงเล็กน้อยก็ยังถูกขยายด้วยการสูญเสียผลผลิตชิปที่มีราคาแพง

ลูกค้าในความร่วมมือครั้งนี้คืออุปกรณ์จ่ายไฟชั้นนำขนาด 8 นิ้ว/12 นิ้วและโรงหล่อเวเฟอร์ซิลิคอนเอปิแอกเซียล โดยหลักแล้วผลิตเวเฟอร์ซิลิคอนเอพิแอกเซียลแบบฟิล์มหนาที่ใช้ใน MOSFET ไฟฟ้าแรงสูง IGBT และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในยานยนต์ เนื่องจากลูกค้าขั้นปลายน้ำต้องการความสม่ำเสมอที่เข้มงวดมากขึ้นในพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าของชิป ความหนาของชั้นเอปิแอกเซียลและความสม่ำเสมอของความต้านทานจึงกลายเป็นตัวชี้วัดหลักในการประเมินคุณภาพเวเฟอร์เอพิแอกเซียล ลูกค้าใช้เครื่องปฏิกรณ์ซิลิกอนเอพิแทกซี CVD หลายช่องที่สามารถประมวลผลเวเฟอร์ซิลิคอนหลายตัวพร้อมกันในการทำงานครั้งเดียว อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการหมุนเวียนด้วยความร้อนที่อุณหภูมิสูงและการกัดเซาะของการไหลของก๊าซเป็นเวลานาน ตัวรับกราไฟท์แบบเดิมจึงไม่สามารถตอบสนองข้อกำหนดกระบวนการที่มีความแม่นยำสูงเกี่ยวกับความแปรผันและความเรียบของกระเป๋าต่อกระเป๋าได้อีกต่อไป

ที่สาม ความท้าทายและประเด็นปัญหา: ความแปรผันแบบ Pocket-to-Pocket สูงทำให้ความหนาของฟิล์มไม่สม่ำเสมอ

มุมมองหลัก: ค่าเผื่อความเรียบของตัวรับกราไฟท์ที่มากเกินไปจะรบกวนการกระจายความร้อนและสนามการไหลของก๊าซภายในเตา CVD โดยตรง ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความหนาอย่างรุนแรงระหว่างหลุมต่างๆ

ในระหว่างการเจริญเติบโตของซิลิคอนอีพิแทกเซียล CVD ก๊าซตั้งต้น (เช่น SiHCl3/SiH4) จะสะสมที่อุณหภูมิสูงบนพื้นผิวเวเฟอร์เพื่อสร้างชั้นเอพิแทกเซียลผลึกเดี่ยว ตัวรับกราไฟท์ไม่เพียงแต่ทำหน้าที่เป็นพาหะเท่านั้น แต่ยังมีบทบาทสำคัญในการนำความร้อนที่สม่ำเสมอและการนำทางสนามการไหลอีกด้วย ปัญหาคอขวดทางเทคนิคเฉพาะที่ลูกค้าต้องเผชิญ ได้แก่:

1. ความหนาของฟิล์มมีการเปลี่ยนแปลงแบบ Pocket-to-Pocket สูงถึง 1.4% ส่งผลกระทบต่อความสม่ำเสมอของเวเฟอร์โดยรวม

เนื่องจากการเสียรูปเล็กน้อยบนพื้นผิวหลังการใช้งานเป็นเวลานาน ตัวรับกราไฟท์หลายช่องดั้งเดิมของลูกค้าจึงแสดงความแตกต่างเล็กน้อยในความลึกของช่องหลุมและประสิทธิภาพการแผ่รังสีความร้อนระหว่างช่องแต่ละช่อง การวัดจริงเผยให้เห็นข้อมูลความแปรผันแบบกระเป๋าต่อกระเป๋าสูงถึง 1.4% ความคลาดเคลื่อนนี้นำไปสู่อัตราการเติบโตของชั้น epitaxis ที่ไม่สอดคล้องกันในเวเฟอร์ซิลิคอนที่วางอยู่ในช่องต่างๆ ภายในชุดเดียวกัน ส่งผลให้ความหนาของฟิล์มเบี่ยงเบนมากเกินไป

2. ความเรียบของตัวรับด้านล่าง <0.20 มม. ทำให้เกิดความปั่นป่วนของสนามความร้อนและความปั่นป่วนของสนามการไหล

ความเรียบของตัวรับดั้งเดิมสามารถรักษาไว้ที่ระดับ <0.20 มม. เท่านั้น ในสภาพแวดล้อมเอพิแทกซีอุณหภูมิสูงที่ 1100°C–1200°C พื้นผิวที่ไม่เรียบทำให้การไหลของก๊าซที่ทำปฏิกิริยาก่อตัวเป็นกระแสวนเฉพาะที่ ขณะเดียวกันก็สร้างช่องว่างที่ไม่สม่ำเสมอระหว่างตัวรับและเครื่องทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำ สิ่งนี้ทำให้เกิดสนามความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอทั่วทั้งพื้นผิว ส่งผลให้ความหนาของฟิล์มมีความผันผวนมากขึ้น

จุดปวดและการวิเคราะห์กลไกทางเทคนิค

IV. โซลูชันที่ปรับแต่งโดย VeTek: การจำลองสนาม CVD Flow และการเพิ่มประสิทธิภาพเครื่องมือที่มีความแม่นยำสูงเป็นพิเศษ

มุมมองหลัก: การเพิ่มประสิทธิภาพการไหลและสนามความร้อนผ่านการจำลองเชิงตัวเลข ผสมผสานกับเครื่องจักร CNC ที่มีความแม่นยำระดับไมครอน และการเคลือบ CVD SiC ที่มีความหนาแน่นสูงที่มีความบริสุทธิ์สูง จะปรับโฉมประสิทธิภาพของตัวรับโดยพื้นฐาน

เพื่อแก้ปัญหาความแปรผันแบบกระเป๋าต่อกระเป๋าของลูกค้าและปัญหาคอขวดด้านแบน ทีมวิศวกรรม VeTek Semiconductor ได้ทำการประเมิน ณ สถานที่ ดึงพารามิเตอร์การทำงานของเครื่องปฏิกรณ์ออกมา และออกแบบโซลูชันการเพิ่มประสิทธิภาพแบบ end-to-end ที่ปรับแต่งเองได้อย่างสมบูรณ์:

VeTek Semiconductor เครื่องจักรความแม่นยำขั้นสูง ห้องคลีนรูม และระบบควบคุมคุณภาพ

1. การไหลภายในของเตา CVD และการจำลองสนามความร้อน

เมื่อใช้ ANSYS Fluent การจำลองเชิงตัวเลข 3 มิติได้ดำเนินการสำหรับความเร็วการไหลของก๊าซ ความหนาของชั้นขอบเขต และการถ่ายเทความร้อนจากการแผ่รังสีความร้อนภายในเครื่องปฏิกรณ์ CVD จากการวิเคราะห์แบบจำลอง รัศมีการเปลี่ยนผ่านของพ็อกเก็ตและโครงสร้างร่องนำก๊าซบนพื้นผิวตัวรับได้รับการออกแบบใหม่ ช่วยให้ก๊าซของสารตั้งต้นสามารถรักษาระบบการไหลแบบราบเรียบที่มีความสม่ำเสมอสูงเหนือแต่ละพ็อกเก็ต และกำจัดกระแสน้ำวนเฉพาะที่

2. การเพิ่มประสิทธิภาพการตัดเฉือนพื้นผิวกราไฟท์ที่มีความแม่นยำสูงและการเพิ่มประสิทธิภาพเครื่องมือ

กราไฟท์ไอโซสแตติกไอโซโทรปิกที่มีความหนาแน่นสูงและมีความบริสุทธิ์สูงถูกเลือกเป็นวัสดุซับสเตรต ควบคู่ไปกับเครื่องมือตัดเฉือน CNC 5 แกนที่มีความแม่นยำที่ได้รับการอัพเกรด ด้วยการปรับปรุงการควบคุมความเค้นในการจับยึดและวิถีเส้นทางของเครื่องมือในระหว่างการประมวลผล ความเรียบของตัวรับหลังการตัดเฉือนได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวดจาก <0.20 มม. เป็น <0.15 มม. โดยที่พื้นผิวตัวรับหลักชั้นยอดบรรลุถึงความเรียบที่ล้ำสมัยที่ <0.08 มม.

3. เทคโนโลยีการเคลือบ CVD SiC ความหนาแน่นสูงที่มีความบริสุทธิ์สูงที่เป็นเอกสิทธิ์เฉพาะ

การเคลือบ α-SiC ที่มีความหนาแน่นสูงซึ่งมีความหนาสม่ำเสมอถูกปลูกบนพื้นผิวซับสเตรตกราไฟท์ผ่านการสะสมไอสารเคมี (CVD) สารเคลือบมีความบริสุทธิ์สูงถึง 99.999% (เกรด 5N-6N) มีการนำความร้อนสูง และทนทานต่อการกัดกร่อนของก๊าซไฮโดรเจนคลอไรด์ร้อน (HCl) มันจับคู่ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อน (CTE) ของซับสเตรตกราไฟท์ได้อย่างสมบูรณ์แบบ ทำให้มั่นใจได้ว่าไม่มีรอยแตกขนาดเล็กหรือการหลุดล่อนในระหว่างการหมุนเวียนความร้อนอย่างรวดเร็ว

โซลูชันทางเทคนิคและข้อดีด้านประสิทธิภาพ

คุณสมบัติทางกายภาพที่สำคัญ ความสม่ำเสมอของความหนา SEM และการวิเคราะห์ความบริสุทธิ์สูงพิเศษของการเคลือบ CVD SiC

V. ผลลัพธ์และข้อมูล: การพูดด้วยข้อเท็จจริงและตัวชี้วัดเชิงปริมาณ

มุมมองหลัก: ข้อมูลภาคสนามที่วัดได้แสดงให้เห็นว่าการปรับความเรียบของตัวรับให้เหมาะสมที่สุดแปลโดยตรงเป็นการลดลงอย่างมาก 50.7% ในรูปแบบฟิล์ม epitaxis แบบกระเป๋าต่อกระเป๋า

หลังจากเปลี่ยนชิ้นส่วนเก่าด้วยตัวรับกราไฟท์ซิลิคอน epitaxy แบบหลายช่องที่ได้รับการปรับให้เหมาะสมของ VeTek Semiconductor ลูกค้าได้ทำการศึกษาการติดตามการผลิตปริมาณมากอย่างต่อเนื่องเป็นเวลา 30 วันในสายการผลิตของพวกเขา ข้อมูลการปรับปรุงคุณภาพที่แท้จริงที่รวบรวมประกอบด้วย:

1. ความหนาของฟิล์มรูปแบบ Pocket-to-Pocket ลดลงเหลือ 0.69%

ข้อมูลการผลิตที่วัดได้ของลูกค้าแสดงให้เห็นว่าความแปรผันแบบกระเป๋าต่อกระเป๋าลดลงอย่างมีนัยสำคัญจาก 1.4% เหลือ 0.69% โดยบรรลุการลดลงโดยรวม 50.7% สิ่งนี้จะลดช่องว่างของอัตราการเติบโตลงอย่างมากในกลุ่มต่างๆ

2. ความเรียบของพื้นผิว Susceptor ทะลุผ่านถึง <0.08 มม

ด้วยการเพิ่มประสิทธิภาพฟิลด์การไหลและเครื่องมือที่มีความแม่นยำสูง ซัสเซปเตอร์ที่ผลิตจำนวนมากได้รับความเรียบสม่ำเสมอภายใน <0.15 มม. โดยซัสเซพเตอร์ระดับบนสุดมีความเสถียรถึง <0.08 มม. ซึ่งสูงกว่ามาตรฐานอุตสาหกรรมมาตรฐานมาก

3. การปรับปรุงอย่างมากในด้านความสม่ำเสมอของความหนาของฟิล์มและผลผลิตโดยรวม

เนื่องจากสนามความร้อนและการไหลที่มีความเสถียรสูง การวัดค่าความต้านทานและความหนาสม่ำเสมอของชั้นอีปิเทกเซียลจึงเข้าสู่ช่วงคุณภาพระดับพรีเมียม อัตราผลตอบแทนเวเฟอร์เกรด A ของโรงหล่อเพิ่มขึ้นประมาณ 3.5% ซึ่งช่วยประหยัดเงินหลายแสนหยวนต่อปีจากต้นทุนเวเฟอร์ที่ถูกทิ้ง

วี. คำถามที่พบบ่อย (FAQ)

คำถามที่ 1: เหตุใดความเรียบของตัวรับกราไฟท์ซิลิคอนเอพิแทกซีแบบหลายช่องจึงส่งผลกระทบอย่างมากต่อความสม่ำเสมอของความหนาของฟิล์ม

คำตอบ:ในกระบวนการ CVD ที่อุณหภูมิสูง เวเฟอร์ซิลิคอนจะถูกให้ความร้อนเป็นหลักผ่านการนำความร้อนและการแผ่รังสีความร้อนจากตัวรับ หากความเรียบของตัวรับไม่ดี (เช่น >0.20 มม.) จะทำให้เกิดช่องว่างที่ไม่สม่ำเสมอระหว่างตัวรับกับตัวทำความร้อนที่อยู่ด้านล่าง ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิเฉพาะจุด ในขณะเดียวกัน พื้นผิวที่ไม่เรียบจะขัดขวางการไหลของก๊าซสารตั้งต้นแบบลามิเนต ทำให้เกิดความเข้มข้นของก๊าซและความผันผวนของความเร็วเฉพาะที่ ซึ่งแสดงให้เห็นโดยตรงว่าเป็นการเปลี่ยนแปลงความหนาของฟิล์มแบบกระเป๋าต่อกระเป๋า

คำถามที่ 2: ตัวรับกราไฟท์เคลือบ CVD SiC ของ VeTek มีอายุการใช้งานเท่าใด

คำตอบ:VeTek ใช้การเคลือบซิลิกอนคาร์ไบด์ CVD ที่มีความบริสุทธิ์สูงเป็นพิเศษ ออกแบบทางวิศวกรรมด้วย CTE ที่แม่นยำซึ่งจับคู่กับสารตั้งต้นกราไฟท์ ภายใต้อุณหภูมิสูง 1200°C และบรรยากาศที่มีฤทธิ์กัดกร่อน H2/HCl มีความทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิและความเฉื่อยของสารเคมีเป็นพิเศษ ซึ่งโดยทั่วไปจะช่วยยืดอายุการใช้งานได้ 30% ถึง 50% เมื่อเทียบกับตัวรับที่เคลือบมาตรฐานอุตสาหกรรม

คำถามที่ 3: VeTek สามารถจัดทำวิศวกรรมแบบกำหนดเองได้หรือไม่ หากเรามีโมเดลเครื่องปฏิกรณ์เอพิแทกซี CVD ที่ปรับแต่งเอง

คำตอบ:ใช่. VeTek มีความสามารถในการจำลองการไหล/สนามความร้อน CVD ที่สมบูรณ์ และห่วงโซ่การประมวลผล CNC ที่มีความแม่นยำ เราสามารถดำเนินการวิศวกรรมย้อนกลับแบบ 1:1 หรือการเพิ่มประสิทธิภาพโครงสร้างโดยอิงตามขนาดเตาเผาที่ลูกค้าจัดเตรียมไว้ พารามิเตอร์การไหลของอากาศ หรือแบบเขียนแบบ Susceptor แบบเดิม

คำถามที่ 4: ความเรียบของตัวรับที่แม่นยำได้รับการปกป้องจากความเสียหายจากการขนส่งระหว่างการขนส่งอย่างไร

คำตอบ:ผลิตภัณฑ์ตัวรับทั้งหมดผ่านการทำความสะอาดอัลตราโซนิกและบรรจุภัณฑ์สูญญากาศป้องกันไฟฟ้าสถิตภายในห้องปลอดเชื้อคลาส 1000 ภายในได้รับการรักษาความปลอดภัยโดยใช้โมดูลดูดซับแรงกระแทก EVA ความหนาแน่นสูงแบบกำหนดเอง และภายนอกบรรจุในลังไม้รมยาเกรดส่งออก เพื่อให้มั่นใจว่าการจัดส่งไม่มีแรงกระแทก

ปกเกล้าเจ้าอยู่หัว บทสรุป

มุมมองหลัก: ส่วนประกอบเครื่องมือทางกลและอุณหพลศาสตร์เซมิคอนดักเตอร์คุณภาพสูงแสดงถึงการลงทุนโดยตรงในการเพิ่มขีดความสามารถในการแข่งขันของโรงหล่อ

ด้วยการใช้การจำลองฟิลด์การไหลของ CVD การควบคุมเครื่องมือที่มีความแม่นยำ และการเพิ่มประสิทธิภาพการเคลือบ CVD SiC บนตัวรับกราไฟท์ epitaxy ซิลิคอนแบบหลายช่อง VeTek Semiconductor ประสบความสำเร็จในการช่วยให้ลูกค้าลดความแปรผันของความหนาของฟิล์มแบบกระเป๋าต่อกระเป๋าจาก 1.4% เป็น 0.69% ได้อย่างสมบูรณ์แบบ แก้ปัญหาความท้าทายที่มีมายาวนานในเรื่องความหนาไม่สม่ำเสมอของฟิล์ม

หากคุณยังเผชิญกับปัญหาด้านเทคนิค เช่น ชั้น epitaxis ไม่สม่ำเสมอ การเสียรูปของตัวรับกราไฟท์ ความแปรผันของกระเป๋าต่อกระเป๋าสูง หรือการหลุดลอกของการเคลือบ CVD โปรดติดต่อทีมผู้เชี่ยวชาญทางเทคนิคของ VeTek Semiconductor เพื่อรับการประเมินภาคสนามแบบไหลฟรีและแผนการเพิ่มประสิทธิภาพที่กำหนดเองได้!