การแก้ไขขอบเคลือบ SiC สีเหลืองเพื่อเพิ่มผลผลิต CVD จาก 50% เป็น 90%

ในระหว่างกระบวนการเติบโตที่ส่วนนอกของเซมิคอนดักเตอร์แบบผสมและเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สาม ตัวรับกราไฟท์ที่มีความบริสุทธิ์สูงและชิ้นส่วนกราไฟท์ภายในอุปกรณ์ MOCVD จะต้องทนทานต่ออุณหภูมิสูงและการกัดกร่อนทางเคมีอย่างรุนแรง โดยอาศัยการเคลือบซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) CVD ที่มีความหนาแน่นสูงในการป้องกัน ในการจัดการกับความท้าทายของลูกค้าในเรื่องการทำให้ขอบเคลือบซิลิกอนคาร์ไบด์เหลืองและลดการยึดเกาะภายในห้องปฏิกิริยาที่มีอุณหภูมิสูง VeTek Semiconductor กำจัดข้อบกพร่องที่ขอบได้อย่างสมบูรณ์ด้วยการสร้างจลนศาสตร์ของการสะสมใหม่และการควบคุมพารามิเตอร์กระบวนการ ส่งผลให้ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปได้ผลผลิตเพิ่มขึ้นจาก 50% เป็น 90% ซึ่งช่วยลดเวลาหยุดทำงานของอุปกรณ์ของลูกค้าและต้นทุนการเปลี่ยนส่วนประกอบได้อย่างมาก

1. ภาพรวมข้อมูลหลักและการเปรียบเทียบประสิทธิภาพ

 รูปที่ 1: ตัวรับกราไฟท์เคลือบซิลิคอนคาร์ไบด์ MOCVD

ในระหว่างการเติบโตของอีพิโทกเซียลของเซมิคอนดักเตอร์แบบผสมและเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สาม คุณภาพของการเคลือบซิลิกอนคาร์ไบด์ CVD บนตัวรับกราไฟต์และส่วนประกอบสนามความร้อนจะกำหนดคุณภาพเวเฟอร์และต้นทุนการผลิตโดยตรง ด้านล่างนี้คือการเปรียบเทียบตัวชี้วัดหลักก่อนและหลังการปรับกระบวนการให้เหมาะสมโดย VeTek Semiconductor:

2. ความเป็นมาของลูกค้าและสถานการณ์การใช้งาน Epitaxis ของ MOCVD

รูปที่ 2: ฉากการทำงานของตัวรับกราไฟท์และถาดเวเฟอร์ภายในห้องปฏิกิริยา MOCVD

พันธมิตรในโครงการนี้คือองค์กรการผลิตชิปเซมิคอนดักเตอร์และชิปคอมพาวด์เอพิโทแอกเซียลรุ่นที่สาม ซึ่งอุทิศตนให้กับการวิจัย การพัฒนา และการผลิตจำนวนมากของเวเฟอร์แกลเลียมไนไตรด์ (GaN) และซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ประสิทธิภาพสูงจำนวนมาก ในสายการผลิต MOCVD (การสะสมไอของสารเคมีอินทรีย์และโลหะ) ตัวรับกราไฟต์และส่วนประกอบที่เคลือบซิลิกอนคาร์ไบด์สนามความร้อนที่เกี่ยวข้องเป็นวัสดุสิ้นเปลืองหลักที่ส่งเวเฟอร์โดยตรงและทำงานภายใต้อุณหภูมิสูงเกิน 1000°C รวมถึงการไหลของก๊าซที่มีฤทธิ์กัดกร่อนอย่างรุนแรง

เนื่องจากสภาพแวดล้อมที่รุนแรงอย่างยิ่งภายในห้องปฏิกิริยา MOCVD คุณภาพของการเคลือบซิลิคอนคาร์ไบด์บนพื้นผิวส่วนประกอบกราไฟท์จะกำหนดความสม่ำเสมอของการนำความร้อน การควบคุมการปนเปื้อนของอนุภาค และอายุการใช้งานของตัวรับโดยตรงโดยตรง เมื่อขนาดเวเฟอร์ epitaxis เพิ่มขึ้นเป็น 8 นิ้ว ลูกค้าจึงกำหนดข้อกำหนดคุณสมบัติที่สูงมากเกี่ยวกับความหนาแน่นของอินเทอร์เฟซ ความต้านทานการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ และสัณฐานวิทยาของพื้นผิวของสารเคลือบ

3. การวิเคราะห์เชิงลึกของสาเหตุและปัญหาคอขวดของขอบเคลือบซิลิคอนคาร์ไบด์ CVD

 ก่อนที่จะร่วมงานกับทีมเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการของ VeTek Semiconductor ลูกค้าประสบปัญหาคอขวดด้านคุณภาพอย่างรุนแรงในสายการผลิตการเคลือบซิลิคอนคาร์ไบด์ CVD ในบ้านหรือจากภายนอก:

· ความผิดปกติของขอบเคลือบสีเหลือง:หลังจากการสะสมในเตาปฏิกิริยา CVD ความแตกต่างของสีเหลืองอ่อนหรือรอยด่างที่มองเห็นได้มักปรากฏขึ้นในบริเวณขอบของส่วนประกอบที่เคลือบซิลิกอนคาร์ไบด์ โดยไม่ผ่านการตรวจสอบโรงงาน QC เกรดเซมิคอนดักเตอร์ที่เข้มงวด

· ข้อบกพร่องความเค้นด้วยกล้องจุลทรรศน์ที่ส่วนต่อประสาน:ภายใต้กระบวนการที่มีอัตราการสะสมสูงแบบเดิม (~25 μm/h) ความเครียดจากความร้อนภายในที่มีนัยสำคัญสะสมระหว่างสารเคลือบและซับสเตรตกราไฟท์ เช่นเดียวกับที่ส่วนต่อประสานระดับจุลภาคระหว่างขั้นตอนการสะสมที่แตกต่างกัน เนื่องจากความเร็วของการตกผลึกของการสะสมไอสารเคมีเร็วเกินไป

· ผลผลิตและความกดดันด้านต้นทุนที่ต่ำมาก:ด้วยข้อจำกัดจากอันตรายจากการที่ขอบเหลืองและการลอก ทำให้ผลผลิตของผลิตภัณฑ์เคลือบโดยรวมอยู่ที่ระดับต่ำ 50% เป็นเวลานาน ส่งผลให้ต้นทุนการผลิตสูงอย่างต่อเนื่อง และความยากลำบากในการรับประกันตารางการจัดหาที่มั่นคงสำหรับลูกค้า epitaxy MOCVD ขั้นปลายน้ำ

4. วิธีแก้ปัญหาการหลุดลอกของการเคลือบซิลิคอนคาร์ไบด์และข้อบกพร่องจากความเครียด

รูปที่ 3: ผังงานเทคโนโลยีและกระบวนการเคลือบ CVD SiC ขั้นสูงของ VeTek Semiconductor

เพื่อแก้ไขจุดบกพร่องของกระบวนการข้างต้น ทีมเทคนิคของ VeTek Semiconductor ได้ทำการวิเคราะห์เชิงลึกเกี่ยวกับการกระจายสนามการไหล การกระจายสนามอุณหภูมิ และจลนพลศาสตร์การสลายตัวด้วยความร้อนของก๊าซปฏิกิริยา (สารตั้งต้น SiC) ภายในห้องปฏิกิริยา CVD เพื่อกำหนดแผนการเปลี่ยนแปลงกระบวนการอย่างเป็นระบบ

การเปลี่ยนแปลงกระบวนการหลัก: การควบคุมอัตราการสะสมแบบก้าว
กระบวนการดั้งเดิมใช้อัตราการสะสมสูงที่ 25 μm/ชม. ตลอดวงจรการสะสมทั้งหมด ทำให้เกิดการเติบโตของนิวเคลียสของผลึกที่รุนแรงมากเกินไป การแยกเฟสสิ่งเจือปนระดับจุลภาคเบี่ยงเบนไปจากปริมาณสัมพันธ์ และความเข้มข้นของความเครียดที่ขอบทางสัณฐานวิทยา ทีม VeTek ลดอัตราการสะสมอย่างแม่นยำในระหว่างขั้นตอนการสะสมครั้งแรกเป็น 12 μm/h ด้วยการชะลอความเร็วของนิวเคลียส นิวเคลียสของผลึกซิลิกอนคาร์ไบด์จึงมีเวลาเหลือเฟือในการจัดเรียงอย่างเป็นระเบียบภายในไมโครพอร์ของกราไฟท์และพื้นผิว ทำให้เกิดพันธะแน่นหนาระดับอะตอมระหว่าง 'สารเคลือบและสารตั้งต้นของกราไฟท์' รวมถึง 'ระหว่างชั้นการสะสมที่แตกต่างกัน'

การปรับแต่งสนามการไหลของห้อง CVD และสนามความร้อนอย่างละเอียด
มีการปรับอัตราส่วนอัตราการไหลของก๊าซตั้งต้น (เช่น MTS และ H₂) และมุมนำทางการไหลของก๊าซ เพื่อปรับความหนาของชั้นขอบเขตในบริเวณขอบให้เหมาะสม สิ่งนี้ทำให้มั่นใจได้ว่าอัตราส่วนปริมาณสัมพันธ์ของซิลิคอนต่ออะตอมของคาร์บอนที่ขอบของส่วนประกอบทางเรขาคณิตที่ซับซ้อนยังคงอยู่ที่ 1:1 อย่างเคร่งครัด ซึ่งช่วยขจัดความแปรผันของสีและการเกิดสีเหลืองที่เกิดจากการเสริมสมรรถนะของซิลิคอน/คาร์บอนเฉพาะที่

5. การปฏิบัติและความสำเร็จของการปรับปรุงประสิทธิภาพการเคลือบกราไฟท์ Susceptor ที่มีความบริสุทธิ์สูงของ MOCVD

รูปที่ 4: ตัวรับกราไฟท์เคลือบซิลิคอนคาร์ไบด์ CVD ที่มีความบริสุทธิ์สูงซึ่งมีพื้นผิวสีสม่ำเสมอและไม่มีข้อบกพร่อง

ด้วยการใช้การเปลี่ยนแปลงกระบวนการ CVD ข้างต้น VeTek Semiconductor ช่วยให้ลูกค้าบรรลุผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจที่สำคัญอย่างน่าทึ่งและการปรับปรุงคุณภาพ:

· อัตราผลตอบแทนที่เพิ่มขึ้นอย่างมาก:อัตราคุณสมบัติผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปของผลิตภัณฑ์เคลือบซิลิกอนคาร์ไบด์เพิ่มขึ้นจาก 50% เป็น 90% แก้ไขปัญหาเศษที่เกิดจากขอบเหลืองได้อย่างสมบูรณ์

· ความหนาแน่นของการยึดเกาะของส่วนต่อประสานที่ได้รับการปรับปรุง:หลังจากลดอัตราการสะสมเริ่มต้นลงเหลือ 12 μm/h ความเค้นลอกจากความร้อนระหว่างการเคลือบและซับสเตรตกราไฟท์ลดลงมากกว่า 40% และอายุการใช้งานของวงจรความร้อนเพิ่มขึ้น 1.5 เท่า

· ระยะเวลาในการจัดส่งที่สั้นลง:เนื่องจากอัตราการทำซ้ำและเศษซากลดลงอย่างมาก วงจรการผลิตส่วนประกอบโดยรวมจึงสั้นลง 35% และต้นทุนรวมต่อหน่วยลดลง 30% ซึ่งรับประกันความต้องการในการขยายกำลังการผลิตอย่างต่อเนื่องสำหรับสายการผลิต epitaxy MOCVD ขั้นปลายน้ำ

6. คำถามที่พบบ่อย (FAQ)

รูปที่ 5: การประชุมเชิงปฏิบัติการและฐานการผลิตมาตรฐานสูงของ VeTek Semiconductor

ถาม: การที่ขอบเคลือบซิลิกอนคาร์ไบด์เป็นสีเหลืองทำให้เกิดความเสียหายอย่างมากต่อกระบวนการ epitaxy MOCVD ขั้นปลายน้ำหรือไม่

ตอบ: โดยทั่วไปแล้ว การที่ขอบเหลืองหมายถึงข้อบกพร่องของโครงตาข่ายในระดับจุลภาค การเบี่ยงเบนของปริมาณสัมพันธ์ (เช่น การเสริมสมรรถนะของซิลิคอนอิสระหรือคาร์บอนอิสระเฉพาะจุด) หรือความเค้นภายในที่ตกค้างในการเคลือบซิลิคอนคาร์ไบด์ของภูมิภาคนั้น ภายใต้อุณหภูมิสูง (1000°C+) และสภาพแวดล้อมของก๊าซที่มีฤทธิ์กัดกร่อนรุนแรง (เช่น NH₃, HCl) ในระหว่างการเจริญเติบโตของเยื่อบุผิว พื้นที่ที่เป็นสีเหลืองจะเสี่ยงต่อการหลุดลอกของสารเคลือบ การแพร่กระจายของรอยแตกขนาดเล็ก หรือการปล่อยก๊าซเจือปน สิ่งนี้จะปนเปื้อนเวเฟอร์อีพิแทกเซียลโดยตรง เพิ่มความหนาแน่นของข้อบกพร่องในชั้นเอพิแทกเซียล และในกรณีที่รุนแรงจะสร้างความเสียหายให้กับตัวรับกราไฟท์เอง

ถาม: การลดอัตราการสะสมเริ่มต้น (จาก 25 μm/h เป็น 12 μm/h) จะทำให้ต้นทุนการผลิตเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญหรือไม่

ตอบ: แม้ว่าการลดอัตราการสะสมเริ่มต้นจะทำให้ระยะเวลาของระยะแรกเพิ่มขึ้นเล็กน้อย แต่เราจะใช้อัตราปกติที่ 12 μm/h เท่านั้นในระหว่างระยะการเติบโตของส่วนต่อประสานเริ่มต้น (สองสามไมโครเมตรแรก) เมื่อสร้างส่วนต่อประสานที่แน่นหนาแล้ว การสะสมที่มีประสิทธิภาพสูงมาตรฐานจะกลับมาทำงานอีกครั้ง ที่สำคัญกว่านั้น ผลผลิตที่เพิ่มขึ้นจาก 50% เป็น 90% ช่วยลดอัตราของเสียและของเสียจากวัตถุดิบ ซึ่งมากกว่าชั่วโมงแรงงานที่เพิ่มขึ้นเล็กน้อยอย่างมาก ซึ่งในที่สุดจะช่วยลดต้นทุนการผลิตต่อหน่วยโดยรวมได้ประมาณ 30%

ถาม: VeTek Semiconductor สามารถให้บริการเคลือบซิลิคอนคาร์ไบด์สำหรับส่วนประกอบกราไฟท์ที่ปรับแต่งเองได้หรือไม่

ก. ใช่. VeTek รองรับบริการปรับแต่งแบบสายโซ่เต็มรูปแบบตั้งแต่การตัดเฉือนซับสเตรตกราไฟท์ที่มีความบริสุทธิ์สูงอย่างแม่นยำ (เช่น ไมโครพอร์ ช่องการไหลที่ซับซ้อน ตัวรับที่มีรูปทรงแบบกำหนดเอง) ไปจนถึงการเคลือบซิลิกอนคาร์ไบด์ CVD และการเคลือบแทนทาลัมคาร์ไบด์ CVD (TaC) นอกจากนี้เรายังสามารถปรับกระบวนการสะสมตามการกระจายสนามความร้อนจำเพาะของเตาปฏิกิริยาของลูกค้า

7. บริการสรุปและสนับสนุนด้านวิศวกรรม

การปรับเปลี่ยนกระบวนการเล็กน้อยในวัสดุและส่วนประกอบเซมิคอนดักเตอร์มักจะเป็นตัวกำหนดความสำเร็จของผลผลิตและต้นทุนของการผลิตชิปขั้นปลายน้ำ ด้วยความเชี่ยวชาญทางเทคนิคเชิงลึกในการเคลือบซิลิคอนคาร์ไบด์ CVD ชิ้นส่วนกราไฟท์ที่มีความบริสุทธิ์สูงและสนามความร้อนของเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สาม VeTek Semiconductor ประสบความสำเร็จในการแก้ปัญหาความท้าทายในอุตสาหกรรมของการเหลืองที่ขอบของการเคลือบ ช่วยให้ลูกค้าได้รับผลผลิตสูงเป็นพิเศษ 90% และอายุการใช้งานของส่วนประกอบที่เหนือกว่า

หากคุณกำลังเผชิญกับความท้าทายเกี่ยวกับการลอกของส่วนประกอบเคลือบกราไฟท์ MOCVD ขอบเหลือง การแตกร้าวจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลัน หรือการตัดเฉือนส่วนประกอบแบบกำหนดเอง ยินดีต้อนรับเข้าสู่การสำรวจของเราหน้ารายละเอียดตัวรับกราไฟท์เคลือบซิลิคอนคาร์ไบด์ CVD และบริการปรับแต่งชิ้นส่วนกราไฟท์เซมิคอนดักเตอร์ที่มีความบริสุทธิ์สูงหรือติดต่อทีมเทคนิคผู้เชี่ยวชาญที่ VeTek Semiconductor เราจะให้บริการวินิจฉัยกระบวนการและทดสอบตัวอย่างฟรีแก่คุณ!

รูปที่ 6: มุมมองแบบพาโนรามาของ VeTek Semiconductor R&D และ Manufacturing Park