Kuinka ratkaista suuri tasku-taskuun vaihtelu monitaskuisissa silikoniepitaksigrafiittisuskeptoreissa?

Optimointiratkaisun korkean tarkkuuden CVD SiC -päällysteisille suskeptoreille

VeTek Semiconductor on ratkaissut ongelman kalvon paksuuden epäyhtenäisyydestä, joka johtuu suuresta taskusta taskuun vaihtelusta (1,4 %) monitaskuisissa silikoniepitaktisissa grafiittisuskeptoreissa, ja se on parantanut suskeptorin tasaisuutta < 0,08 mm:iin ja vähentänyt taskujen välistä vaihtelua merkittävästi 0,69 prosenttiin CVD-simulaatioiden ja korkean virtauksen simulaatioiden kautta. lisäämällä epitaksiaalisten kiekkojen tuottoa.

Monitaskuiset silikoniepitaksigrafiittisuskeptorit, joissa on erittäin tarkka CVD SiC -pinnoite

I. Tiivistelmä

Monitaskuisen piiepitaksiikan tuotannon aikana asiakkaamme (puolijohdekiekkojen valimo) kohtasi pitkäaikaisia ​​haasteita, jotka liittyivät suuriin tasku-taskuun vaihteluihin epitaksiaalisessa kerrospaksuudessa (alkuperäiset tiedot: 1,4 %). Tämä vaikutti vakavasti epitaksiaalisten kiekkojen konsistenssiin ja loppupään laitteen tuottoon. Suorittamalla 3D-numeerista simulointia ja CVD-epitaksiuunin sisäisen nestedynamiikan ja lämpökenttien analysointia yhdistettynä työkalurakenteen optimointiin ja erittäin tarkkaan Chemical Vapor Deposition Silicon Carbide (CVD SiC) -pinnoitustekniikkaan, VeTek Semiconductor -tiimi paransi merkittävästi

Keskeisten tehokkuustietojen vertailu

II. Asiakkaan tausta: Haemme yhtenäisiä epitaksiaalituotantoratkaisuja

Ydinperspektiivi: Suurikokoisessa, monitaskuisessa silikoniepitaktisessa valmistuksessa jopa pienet suskeptorin muodonmuutokset suurentuvat kalliilla sirun tuottohäviöillä.

Tämän kumppanuuden asiakas on johtava 8 tuuman/12 tuuman teholaite ja piin epitaksiaalisten kiekkojen valimo, joka valmistaa pääasiassa paksukalvoisia epitaksiaalisia piikiekkoja, joita käytetään korkeajännitteisissä MOSFET:issä, IGBT:issä ja autoelektroniikassa. Koska loppupään asiakkaat vaativat yhä tiukempaa johdonmukaisuutta sirun sähköisissä parametreissa, epitaksikerroksen paksuudesta ja resistiivisyyden tasaisuudesta on tullut keskeisiä mittareita epitaksiaalisten kiekkojen laadun arvioinnissa. Asiakas käyttää monitaskuisia CVD-pii-epitaksireaktoreita, jotka pystyvät käsittelemään useita piikiekkoja samanaikaisesti yhdellä ajolla. Kuitenkin pitkittyneen korkean lämpötilan lämpökierron ja kaasuvirtauksen eroosion vuoksi niiden alkuperäiset grafiittisuskeptorit eivät enää pystyneet täyttämään korkean tarkkuuden prosessivaatimuksia taskusta taskuun vaihtelun ja tasaisuuden suhteen.

III. Haasteet ja kipukohdat: Suuri taskun välinen vaihtelu aiheuttaa kalvon paksuuden epätasaisuutta

Ydinnäkökulma: Liialliset grafiittisuskeptorin tasaisuustoleranssit häiritsevät suoraan lämmönjohtavuutta ja kaasun virtauskentän jakautumista CVD-uunin sisällä, mikä laukaisee vakavia paksuusvaihteluita taskujen välillä.

CVD-piin epitaksiaalisen kasvun aikana esiastekaasut (kuten SiHCl3/SiH4) laskeutuvat korkeissa lämpötiloissa kiekon pinnalle muodostaen yksikiteisen epitaksiaalikerroksen. Grafiittisuskeptori ei toimi vain kantajana, vaan sillä on myös ratkaiseva rooli yhtenäisessä lämmönjohtamisessa ja virtauskentän ohjauksessa. Asiakkaan kohtaamia erityisiä teknisiä pullonkauloja olivat mm.

1. Kalvon paksuuden vaihtelu taskusta taskuun jopa 1,4 %, mikä vaikuttaa kiekkojen yleiseen tasaisuuteen

Pinnan pitkäaikaisen käytön jälkeen tapahtuneiden mikrodeformaatioiden vuoksi asiakkaan alkuperäisissä monitaskuisissa grafiittisuskeptoreissa oli pieniä eroja taskun syvennyksen syvyydessä ja lämpösäteilyn tehokkuudessa yksittäisten taskujen välillä. Todelliset mittaukset osoittivat taskusta taskuun vaihtelua jopa 1,4 %. Tämä ero johti suoraan epäjohdonmukaisiin epitaksiaalisten kerrosten kasvunopeuksiin saman erän eri taskuihin sijoitettujen piikiekkojen välillä, mikä johti liialliseen kalvon paksuuden poikkeamaan.

2. Suskeptorin litteys alle 0,20 mm aiheutti rajan lämpökentän ja virtauskentän turbulenssin

Alkuperäisten suskeptorien tasaisuus pystyttiin säilyttämään vain <0,20 mm:n tasolla. Korkean lämpötilan epitaksiympäristöissä 1100–1200 °C epätasainen pinta saa reagoivan kaasuvirtauksen muodostamaan paikallisia pyörteitä ja luo samalla epätasaisia ​​rakoja suskeptorin ja induktiolämmittimen välille. Tämä aiheutti myöhemmin epäyhtenäisiä lämpökenttiä pinnan poikki, mikä pahensi kalvon paksuuden vaihteluita.

Kipukohdat ja tekninen mekanismianalyysi

IV. VeTekin räätälöity ratkaisu: CVD-virtauskentän simulointi ja erittäin tarkka työkalujen optimointi

Ydinnäkökulma: Virtaus- ja lämpökenttien optimointi numeerisen simuloinnin avulla yhdistettynä mikronitason tarkkuuteen CNC-työstöön ja erittäin puhtaaseen tiheään CVD SiC -pinnoitteeseen muokkaa suskeptorin suorituskykyä perusteellisesti.

VeTek Semiconductorin suunnittelutiimi suoritti paikan päällä arvioinnit, poimi reaktorin toimintaparametrit ja suunnitteli täysin räätälöidyn, päästä päähän -optimointiratkaisun ratkaistakseen asiakkaan taskusta-taskuun vaihtelun ja tasaisuuden pullonkaulat:

VeTek Semiconductor Advanced Tarkkuuskoneistus, Puhdastila ja laadunvalvontatilat

1. CVD-uunin sisäisen virtauksen ja lämpökentän simulointi

ANSYS Fluentin avulla suoritettiin 3D-numeerisia simulaatioita kaasun virtausnopeudelle, rajakerroksen paksuudelle ja lämpösäteilyn lämmönsiirrolle CVD-reaktorin sisällä. Mallinnusanalyysien perusteella taskun reunan siirtymäsäteet ja kaasua ohjaavat urarakenteet suskeptorin pinnalla suunniteltiin uudelleen, mikä mahdollistaa reagoivien kaasujen ylläpitämisen erittäin yhtenäisen laminaarisen virtausjärjestelmän jokaisen taskun yläpuolella ja eliminoi paikallisia pyörteitä.

2. Erittäin tarkka grafiittialustan työstö ja työkalujen optimointi

Substraattimateriaaliksi valittiin tiheä, erittäin puhdas isotrooppinen isostaattinen grafiitti yhdistettynä päivitettyyn 5-akseliseen CNC-tarkkuustyöstötyökaluun. Tarkentamalla puristusjännityksen hallintaa ja työkaluradan liikeratoja prosessoinnin aikana, koneistuksen jälkeinen suskeptoritasaisuus säädettiin tiukasti alle 0,20 mm:stä <0,15 mm:iin, ja ytimen huippuluokan suskeptoripinnat saavuttivat <0,08 mm:n läpimurtotasaisuuden.

3. Patentoitu korkean puhtauden tiheä CVD-piikarbidipinnoitustekniikka

Grafiittisubstraatin pinnalle kasvatettiin erittäin tiheä, tasapaksuinen α-SiC-pinnoite kemiallisen höyrypinnoituksen (CVD) avulla. Pinnoitteen puhtaus on jopa 99,999 % (5N-6N laatu), korkea lämmönjohtavuus ja kuuman kloorivedyn (HCl) kaasun korroosionkestävyys. Se vastaa täydellisesti grafiittisubstraatin lämpölaajenemiskerrointa (CTE) ja varmistaa, ettei mikrohalkeamia tai delaminoitumista esiinny nopean lämpökierron aikana.

Tekniset ratkaisut ja suorituskyvyn edut

CVD SiC -pinnoitteen keskeiset fyysiset ominaisuudet, SEM-paksuuden tasaisuus ja erittäin puhdas analyysi

V. Tulokset ja tiedot: Tosiasioista ja kvantifioitavissa olevista mittareista puhuminen

Ydinperspektiivi: Mitatut kenttätiedot osoittavat, että suskeptorin tasaisuuden optimointi merkitsi suoraan huomattavaa 50,7 %:n vähennystä epitaksiaalisessa kalvossa taskusta taskuun.

Korvattuaan vanhat osat VeTek Semiconductorin optimoiduilla monitaskuisilla silikoniepitaksisilla grafiittisuskeptoreilla asiakas suoritti 30 päivän jatkuvan suurivolyymin tuotannon seurantatutkimuksen linjallaan. Todelliset laadun parantamiseen kerätyt tiedot sisältävät:

1. Kalvon paksuuden vaihtelu taskusta taskuun vähennetty 0,69 prosenttiin

Asiakkaan mitatut tuotantotiedot osoittivat, että tasku-taskuun vaihtelu laski merkittävästi 1,4 %:sta 0,69 %:iin, jolloin kokonaislasku oli 50,7 %. Tämä minimoi merkittävästi kasvuvauhtia eri taskuissa.

2. Suskeptorin pinnan tasaisuus Läpäisy < 0,08 mm

Virtauskentän optimoinnin ja erittäin tarkan työkalun ansiosta massatuotetut suskeptorit saavuttivat tasaisuuden jatkuvasti alle 0,15 mm:n rajoissa, ja huippuluokan suskeptorit osuivat vakaasti alle 0,08 mm, mikä ylittää huomattavasti alan standardit.

3. Huomattavia parannuksia kalvon paksuuden tasaisuuteen ja kokonaistuottoon

Erittäin stabiilien lämpö- ja virtauskenttien ansiosta epitaksiaalikerroksen ominaisvastus- ja paksuuden tasaisuusmittarit pääsivät huippulaatuisiin luokkaan. Valimon A-luokan kiekkojen tuottoaste kasvoi noin 3,5 %, mikä säästää satoja tuhansia RMB:iä vuosittain romutettujen kiekkojen kustannuksissa.

VI. Usein kysytyt kysymykset (FAQ)

Kysymys 1: Miksi monitaskuisen piiepitaksisen grafiittisuskeptorin litteyydellä on niin suuri vaikutus kalvon paksuuden tasaisuuteen?

Vastaus:Korkean lämpötilan CVD-prosesseissa piikiekkoja kuumennetaan ensisijaisesti lämmönjohtavuuden ja suskeptorista tulevan lämpösäteilyn avulla. Jos suskeptorin tasaisuus on huono (esim. > 0,20 mm), se luo epätasaisia ​​rakoja suskeptorin ja alla olevan lämmittimen välille, mikä aiheuttaa paikallisia lämpötilavaihteluita. Samanaikaisesti epätasainen pinta häiritsee reagoivien kaasujen laminaarista virtausta aiheuttaen paikallisia kaasupitoisuuden ja nopeuden vaihteluita, jotka ilmenevät suoraan taskusta taskuun kalvon paksuuden vaihteluina.

Q2: Mikä on VeTekin CVD SiC -pinnoitettujen grafiittisuskeptorien käyttöikä?

Vastaus:VeTek käyttää erittäin puhtaita CVD-piikarbidipinnoitteita, jotka on suunniteltu tarkalla CTE-sovituksella grafiittisubstraattiin. 1200 °C:n korkeissa lämpötiloissa ja H2/HCl-syövyttävässä ilmakehässä sillä on poikkeuksellinen lämpöiskun kestävyys ja kemiallinen inertti, mikä tyypillisesti pidentää käyttöikää 30–50 % verrattuna tavanomaisiin teollisuuspäällystettyihin suskeptoreihin.

Q3: Voiko VeTek tarjota mukautettua suunnittelua, jos meillä on räätälöityjä CVD-epitaksireaktorimalleja?

Vastaus:Kyllä. VeTekillä on täydelliset CVD-virtaus/lämpökentän simulointiominaisuudet ja tarkka CNC-käsittelyketju. Voimme suorittaa 1:1 käänteisen suunnittelun tai rakenteen optimoinnin asiakkaan toimittamien uunin mittojen, ilmavirtaparametrien tai vanhojen suskeptoripiirustusten perusteella.

Kysymys 4: Miten tarkkuussuskeptorin tasaisuus suojataan kuljetusvaurioilta kuljetuksen aikana?

Vastaus:Kaikille suskeptorituotteille suoritetaan ultraäänipuhdistus ja antistaattinen tyhjiöpakkaus luokan 1000 puhdastiloissa. Sisäpuoli on kiinnitetty räätälöityillä tiheästi EVA-iskunvaimennusmoduuleilla, ja ulkopuoli on pakattu vientilaatuisiin kaasutettuihin puisiin laatikoihin, mikä takaa toimituksen ilman iskua.

VII. Johtopäätös

Ydinnäkökulma: Laadukkaat puolijohdemekaaniset ja termodynaamiset työkalukomponentit edustavat suoraa sijoitusta valimon kilpailukyvyn parantamiseen.

Toteuttamalla CVD-virtauskentän simulaation, tarkkuustyökalujen ohjauksen ja CVD SiC -pinnoitteen optimoinnin monitaskuisissa silikoniepitaktisissa grafiittisuskeptoreissa VeTek Semiconductor auttoi asiakasta onnistuneesti vähentämään kalvon paksuuden tasosta taskuun vaihtelua 1,4 %:sta 0,69 %:iin, mikä ratkaisee täydellisesti kalvon paksuuden pitkäaikaisen haasteen.

Jos kohtaat myös teknisiä kipukohtia, kuten epitaksiaalikerroksen epätasaisuutta, grafiittisuskeptorin muodonmuutoksia, suurta taskusta taskuun vaihtelua tai CVD-pinnoitteen kuorimista, ota rohkeasti yhteyttä VeTek Semiconductorin tekniseen asiantuntijatiimiin saadaksesi ilmaisen virtauskentän arvioinnin ja räätälöidyn optimointisuunnitelman!