Dlaczego powłoki CVD SiC są koniecznością dla susceptorów grafitowych MOCVD?

W produkcji chipów LED epitaksja MOCVD służy jako podstawowy proces określający skuteczność świetlną. Podczas produkcji susceptory grafitowe, na których znajdują się podłoża szafirowe lub krzemowe, działają w powtarzających się cyklach termicznych w temperaturach bliskich 1000°C w atmosferach korozyjnych. W związku z tym wydajność susceptorów grafitowych bezpośrednio wpływa na wydajność epitaksji, jednorodność epitaksji i ostateczną wydajność gotowych urządzeń. Osadzanie powłoki CVD SiC na susceptorach grafitowych stało się głównym rozwiązaniem przemysłowym. W tym artykule pokrótce omówiono uzasadnienie tego projektu.

Co się dzieje w przypadku stosowania niepowlekanych susceptorów grafitowych?

Grafitjest doskonałym materiałem do wytrzymywania wysokich temperatur, ma jednak trzy nieodłączne wady, które drastycznie pogarszają się w komorach MOCVD:

1. Korozja chemiczna w wysokich temperaturach

W procesach MOCVD wprowadza się amoniak, wodór i prekursory metaloorganiczne. Kiedy grafit wchodzi w kontakt z tymi gazami w temperaturze prawie 1000°C, powstają węglowodory, a nawet cyjanowodór. Powoduje to ciągłą korozję powierzchni grafitu ze stopniowymi odchyleniami wymiarowymi, a produkty uboczne reakcji zanieczyszczają warstwę epitaksjalną.

2. Odgazowanie zanieczyszczeń z porowatej struktury

Ponieważ grafit ma z natury porowatą strukturę, resztkowe zanieczyszczenia metaliczne, zaadsorbowana wilgoć i tlen powstający podczas produkcji są stopniowo uwalniane podczas powtarzających się cykli ogrzewania. Każde uwolnienie powoduje wahania stężenia zanieczyszczeń tła warstwy epitaksjalnej, co powoduje powstawanie niewyjaśnionych punktów defektów widocznych na krzywych plastyczności.

3. Proszkowanie i deformacja pod wpływem cykli termicznych

Susceptory MOCVD przechodzą codziennie wiele cykli ogrzewania i chłodzenia. Goły grafit wykazuje zmniejszoną siłę wiązania pomiędzy cząstkami powierzchniowymi pod wpływem powtarzającego się szoku termicznego, co powoduje odpryskiwanie proszku. Cząsteczki węgla spadające na płytki epitaksjalne prowadzą do śmiertelnego zanieczyszczenia cząstkami stałymi.

Krótko mówiąc, niepowlekane susceptory grafitowe działają jak nieprzewidywalne „bomby zanieczyszczeń”, które w sposób ciągły uwalniają zanieczyszczenia wewnątrz komór MOCVD.

Jakie zalety zapewnia powłoka CVD SiC?

W miarę jak procesy produkcyjne półprzewodników osiągają rozmiary nanometrów, a nawet atomów, śladowe zanieczyszczenia powierzchniowe, w tym cząstki stałe i metaliczne zanieczyszczenia jonowe, ulegną degradacji lub nawet sprawią, że końcowe urządzenia półprzewodnikowe staną się całkowicie niefunkcjonalne. Nakłada to znacznie bardziej rygorystyczne wymagania eksploatacyjne na susceptory grafitowe stosowane w procesach epitaksjalnych. Opierając się na zaawansowanej technologii chemicznego osadzania z fazy gazowej, równomiernie gęsta powłoka SiC osadzona na susceptorach grafitowych. Powłoka ta działa jak solidny ochronny pancerz ceramiczny i zapewnia następujące kluczowe zalety:

1. Niezawodna ochrona fizyczna

Powłoka SiC całkowicie izoluje bazę grafitową od atmosfery procesowej, zapobiegając kontaktowi amoniaku i wodoru z grafitem bazowym i tłumiąc trawienie chemiczne. Tymczasem zanieczyszczenia uwięzione w osnowie grafitowej są zamykane pod powłoką i nie mogą przedostać się do komory.

2. Bardzo wysoka czystość

Powłoki CVD SiC osiągają czystość na poziomie ppb (stopień 9N, powyżej 99,999995%), znacznie przewyższając większość materiałów grafitowych. Oznacza to, że zanieczyszczenie płytki przezSusceptor grafitowy pokryty CVD SiCpowierzchnia jest zredukowana do niemal znikomego poziomu.

3. Doskonała odporność na szok termiczny

Susceptory MOCVD mają tendencję do ulegania uszkodzeniom w wyniku szybkich wahań temperatury. Poprzez dostosowanie procesu,CVD SiCpowłoki mogą mocno wiązać się z podłożami grafitowymi i dostosowywać się do współczynnika rozszerzalności cieplnej grafitu, skutecznie zmniejszając ryzyko pęknięć spowodowanych ekstremalnymi zmianami temperatury.

4. Niezwykła odporność na utlenianie

W środowiskach zawierających tlen, w temperaturze poniżej 1600°C, na powierzchni susceptorów grafitowych powlekanych CVD SiC w naturalny sposób tworzy się ultracienka warstwa ochronna SiO₂. Ta powłoka CVD SiC może zapobiec dalszemu utlenianiu prowadzącemu do erozji wewnętrznych susceptorów grafitowych, działając w ostateczności nawet w tak tragicznych okolicznościach, jak nieplanowany wlot powietrza w trakcie procesu.