Hogyan lehet megoldani a nagy zsebek közötti eltéréseket a több zsebes szilícium epitaxiás grafit szuszceptorokban?

Optimalizálási megoldásn nagy pontosságú CVD SiC bevonatú szuszceptorokhoz

A többzsebes szilícium epitaxiás grafit szuszceptorok nagy zsebek közötti eltérései (1,4%) okozta filmvastagság-egyenetlenség problémájának megoldására a VeTek Semiconductor 0,08 mm-re javította a szuszceptor laposságát, és jelentősen csökkentette a zsebek közötti eltérést 0,69%-ra, a CVD-szimuláció és a nagymértékű áramlási pontosság révén. az epitaxiális ostya hozamának növelése.

Több zsebes szilícium epitaxiás grafit szuszceptorok nagy pontosságú CVD SiC bevonattal

I. Vezetői összefoglaló

A többzsebes szilícium epitaxia gyártása során ügyfelünk (egy félvezető ostyaöntöde) régóta fennálló kihívásokkal szembesült az epitaxiális rétegvastagság nagy zsebenkénti ingadozásával (eredeti adatok: 1,4%). Ez súlyosan befolyásolta az epitaxiális ostya konzisztenciáját és a downstream eszköz hozamát. A CVD epitaxiás kemence belső folyadékdinamikájának és termikus mezőinek 3D-s numerikus szimulációjának és elemzésének elvégzésével, valamint a szerszámszerkezet optimalizálásával és a nagy pontosságú kémiai gőzfázisú szilícium-karbid (CVD SiC) bevonat technológiával kombinálva a VeTek Semiconductor csapata jelentősen javította a

Kulcsfontosságú teljesítménymutatók összehasonlítása

II. Ügyfélháttér: Nagy konzisztenciájú epitaxiális gyártási megoldások keresése

Alapperspektíva: A nagy méretű, több zsebes szilícium epitaxiás gyártásban a szuszceptorok apró deformációit is felerősítik a drága forgácskihozatali veszteségek.

A partnerség ügyfele egy vezető 8 hüvelykes/12 hüvelykes tápegység és szilícium epitaxiális ostyaöntöde, amely elsősorban a nagyfeszültségű MOSFET-ekben, IGBT-ben és autóelektronikában használt vastagrétegű szilícium epitaxiális lapkákat gyárt. Mivel a downstream ügyfelek egyre szigorúbb konzisztenciát követelnek a chip elektromos paraméterei tekintetében, az epitaxiális rétegvastagság és az ellenállás egyenletessége az epitaxiális lapka minőségének értékelésének alapvető mérőszámaivá vált. A kliens több zsebes CVD szilícium epitaxiás reaktorokat használ, amelyek képesek több szilícium lapka egyidejű feldolgozására egyetlen futtatás során. Azonban a hosszan tartó, magas hőmérsékletű hőciklus és a gázáramlás eróziója miatt az eredeti grafit szuszceptorok már nem tudtak megfelelni a nagy pontosságú folyamatkövetelményeknek a zsebről zsebre való változás és a laposság tekintetében.

III. Kihívások és fájdalmas pontok: A nagy zsebek közötti eltérések a filmvastagság egyenetlenségét okozzák

A mag perspektívája: A túlzott grafit szuszceptor lapossági tűréshatárok közvetlenül megzavarják a hővezetést és a gázáramlási tér eloszlását a CVD kemencében, súlyos vastagságbeli eltéréseket váltva ki a zsebek között.

A CVD szilícium epitaxiális növekedése során a prekurzor gázok (például SiHCl3/SiH4) magas hőmérsékleten lerakódnak az ostya felületén, és egy kristályból álló epitaxiális réteget képeznek. A grafit szuszceptor nemcsak hordozóként működik, hanem kritikus szerepet játszik az egyenletes hővezetésben és az áramlási tér irányításában is. Konkrét technikai szűk keresztmetszetek, amelyekkel az ügyfél szembesült:

1. A fóliavastagság zsebenkénti változása eléri az 1,4%-ot, ami befolyásolja az ostya általános egységességét

A hosszan tartó használat után a felület mikrodeformációi miatt az ügyfél eredeti többzsebű grafit szuszceptorai enyhe különbségeket mutattak a zsebmélyedés mélységében és a hősugárzás hatékonyságában az egyes zsebek között. A tényleges mérések 1,4%-ot is elértek a zsebek közötti eltérések adataiból. Ez az eltérés közvetlenül inkonzisztens epitaxiális rétegnövekedési sebességhez vezetett ugyanazon a tételen belül különböző zsebekben elhelyezett szilíciumlapkákon, ami túlzott filmvastagság-eltérést eredményezett.

2. A <0,20 mm alatti szuszceptor laposság határ hőmezőt és áramlási mező turbulenciát okozott

Az eredeti szuszceptorok laposságát csak <0,20 mm-es szinten tudtuk megtartani. Magas hőmérsékletű, 1100–1200 °C-os epitaxiás környezetben az egyenetlen felület miatt a reagáló gázáramban lokális örvények képződnek, miközben nem egyenletes rések keletkeznek a szuszceptor és az indukciós fűtőelem között. Ez ezt követően nem egyenletes hőmezőket indukált a felületen, rontva a filmvastagság ingadozásait.

Fájdalompontok és műszaki mechanizmusok elemzése

IV. VeTek testreszabott megoldás: CVD Flow Field Simulation & Ultra-High Precision Tooling Optimization

Alapvető szempont: Az áramlási és hőmezők numerikus szimulációval történő optimalizálása, mikron szintű precíziós CNC megmunkálással és nagy tisztaságú, sűrű CVD SiC bevonattal kombinálva alapvetően átalakítja a szuszceptor teljesítményét.

A VeTek Semiconductor mérnöki csapata helyszíni kiértékeléseket végzett, a reaktor működési paramétereit kinyerte, és egy teljesen testreszabott, végpontok közötti optimalizálási megoldást tervezett az ügyfél zsebtől zsebre való eltérésének és síkossági szűk keresztmetszetek megoldására:

VeTek Semiconductor Advanced Precíziós megmunkálás, tisztatér és minőségellenőrzési létesítmények

1. CVD kemence belső áramlás és hőmező szimulációja

Az ANSYS Fluent segítségével 3D numerikus szimulációkat végeztek a gázáramlás sebességére, a határréteg vastagságára és a hősugárzás hőátadására a CVD reaktoron belül. A modellezési elemzések alapján újratervezték a zseb élének átmeneti sugarait és a szuszceptor felületén lévő gázvezető horonyszerkezeteket, lehetővé téve a reaktáns gázok számára, hogy az egyes zsebek felett rendkívül konzisztens lamináris áramlási rendszert tartsanak fenn, és kiküszöböljék a lokalizált örvényeket.

2. Nagy pontosságú grafitfelület-megmunkálás és szerszámok optimalizálása

A hordozóanyagként nagy sűrűségű, nagy tisztaságú izotróp izosztatikus grafitot választottak, amelyet továbbfejlesztett 5 tengelyes CNC precíziós megmunkáló szerszámokkal párosítottak. A befogási feszültségszabályozás és a szerszámpálya pályáinak feldolgozás közbeni finomításával a megmunkálás utáni szuszceptor síkságát szigorúan csökkentettük <0,20 mm-ről <0,15 mm-re, és a mag csúcsminőségű szuszceptorfelületei <0,08 mm-es áttörési síkságot értek el.

3. Szabadalmaztatott, nagy tisztaságú sűrű CVD SiC bevonat technológia

Nagy sűrűségű, egyenletes vastagságú α-SiC bevonatot növesztettek a grafit szubsztrát felületére kémiai gőzleválasztással (CVD). A bevonat tisztasága akár 99,999% (5N-6N minőség), magas hővezető képességgel rendelkezik, és ellenáll a forró hidrogén-klorid (HCl) gázkorróziónak. Tökéletesen illeszkedik a grafit szubsztrát hőtágulási együtthatójához (CTE), biztosítva a mikrorepedések vagy a rétegválás hiányát a gyors hőciklus során.

Műszaki megoldás és teljesítményelőnyök

A CVD SiC bevonat legfontosabb fizikai tulajdonságai, SEM vastagsági egyenletessége és ultra-nagy tisztaságú elemzése

V. Eredmények és adatok: Tényekkel és számszerűsíthető mérőszámokkal beszélve

Alapvető perspektíva: A mért terepi adatok azt mutatják, hogy a szuszceptor laposságának optimalizálása közvetlenül jelentős, 50,7%-os csökkenést jelent az epitaxiális film zsebek közötti eltérésében.

Miután a régi alkatrészeket a VeTek Semiconductor optimalizált, több zsebes szilícium epitaxiás grafit szuszceptorjaira cserélték, az ügyfél 30 napos folyamatos, nagy volumenű gyártáskövetési vizsgálatot végzett a gyártósorukon. Az összegyűjtött valódi minőségfejlesztési adatok a következőket tartalmazzák:

1. A fóliavastagság zsebről zsebre való eltérése 0,69%-ra csökkentve

Az ügyfél mért termelési adatai azt mutatták, hogy a zsebek közötti eltérések jelentősen, 1,4%-ról 0,69%-ra csökkentek, így összességében 50,7%-os csökkenést ért el. Ez drasztikusan minimalizálta a növekedési ütem különbségeit a különböző zsebekben.

2. A szuszceptor felületének lapossága Áttörés <0,08 mm-re

Az áramlási tér optimalizálása és a nagy pontosságú szerszámozás révén a sorozatgyártású szuszceptorok következetesen 0,15 mm-nél kisebb síkságot értek el, a csúcskategóriás szuszceptorok pedig stabilan 0,08 mm-t érnek el, ami messze meghaladja a szabványos iparági normákat.

3. Jelentős javulás a filmvastagság egyenletességében és a teljes hozamban

A rendkívül stabil hő- és áramlási mezőknek köszönhetően az epitaxiális réteg ellenállási és vastagsági egyenletességi mutatói a prémium minőségi tartományba kerültek. Az öntöde A fokozatú ostya hozama körülbelül 3,5%-kal nőtt, így évente több százezer RMB takarítható meg a selejt ostyaköltségeken.

VI. Gyakran Ismételt Kérdések (GYIK)

1. kérdés: Miért van ilyen nagy hatással a több zsebes szilícium epitaxiás grafit szuszceptor lapossága a filmvastagság egyenletességére?

Válasz:A magas hőmérsékletű CVD-eljárások során a szilícium lapkákat elsősorban hővezetéssel és a szuszceptor hősugárzásával melegítik fel. Ha a szuszceptor lapossága gyenge (például > 0,20 mm), egyenetlen hézagokat hoz létre a szuszceptor és az alatta lévő fűtőelem között, helyi hőmérséklet-ingadozásokat indukálva. Ugyanakkor az egyenetlen felület megzavarja a reaktáns gázok lamináris áramlását, helyi gázkoncentráció- és sebességingadozásokat okozva, amelyek közvetlenül a zsebek közötti filmvastagság-változásokban nyilvánulnak meg.

2. kérdés: Mennyi a VeTek CVD SiC bevonatú grafit szuszceptorainak élettartama?

Válasz:A VeTek ultra-nagy tisztaságú CVD szilícium-karbid bevonatokat használ, amelyeket a grafit szubsztrátumhoz precíz CTE illesztéssel terveztek. 1200°C magas hőmérsékleten és H2/HCl korrozív atmoszférában kivételes hősokkállóságot és kémiai tehetetlenséget mutat, jellemzően 30-50%-kal meghosszabbítja az élettartamot a szabványos ipari bevonatú szuszceptorokhoz képest.

3. kérdés: Biztosíthat-e a VeTek egyedi tervezést, ha testreszabott CVD-epitaxiás reaktormodellek vannak?

Válasz:Igen. A VeTek teljes CVD-áramlás/termikus tér szimulációs képességekkel és precíziós CNC-feldolgozási lánccal rendelkezik. Az ügyfél által megadott kemenceméretek, légáramlási paraméterek vagy örökölt szuszceptor rajzok alapján 1:1 arányú visszafejtést vagy szerkezeti optimalizálást végezhetünk.

4. kérdés: Hogyan védik a precíziós szuszceptor laposságát a szállítás során bekövetkező szállítási sérülések ellen?

Válasz:Minden szuszceptor termék ultrahangos tisztításon és antisztatikus vákuumcsomagoláson esik át a 1000. osztályú tisztaterekben. A belső rész testreszabott, nagy sűrűségű EVA lengéscsillapító modulokkal van rögzítve, a külseje pedig export-minőségű füstölt faládákba van csomagolva, így biztosítva az ütésmentes szállítást.

VII. Következtetés

Alapvető szempont: A kiváló minőségű félvezető mechanikai és termodinamikai szerszámelemek közvetlen befektetést jelentenek az öntödei versenyképesség javításába.

A CVD áramlási mező szimulációjának, a precíziós szerszámvezérlésnek és a CVD SiC bevonat optimalizálásának megvalósításával több zsebes szilícium epitaxiás grafit szuszceptorokon a VeTek Semiconductor sikeresen segítette az ügyfelet 1,4%-ról 0,69%-ra csökkenteni a filmvastagság zsebek közötti különbségét, tökéletesen megoldva a filmvastagság régóta fennálló kihívását.

Ha olyan technikai fájdalompontokkal is találkozik, mint az epitaxiális réteg egyenetlensége, a grafit szuszceptor deformációja, a nagy zseb-zseb variáció vagy a CVD bevonat hámlása, forduljon bizalommal a VeTek Semiconductor műszaki szakértői csapatához, hogy ingyenes áramlási terepértékelést és személyre szabott optimalizálási tervet kapjon!