Zakaj so prevleke CVD SiC obvezne za grafitne susceptorje MOCVD?

Pri izdelavi LED čipov je epitaksija MOCVD glavni proces, ki določa svetlobno učinkovitost. Med proizvodnjo grafitni sprejemniki, ki nosijo safirne ali silicijeve substrate, delujejo v ponavljajočih se termičnih ciklih pri temperaturah blizu 1000 °C v korozivnih atmosferah. V skladu s tem zmogljivost grafitnih suceptorjev neposredno vpliva na učinkovitost epitaksije, enakomernost epitaksije in končni izkoristek končnih naprav. Nanos CVD SiC prevleke na grafitne sprejemnike je postala glavna rešitev v industriji. Ta članek na kratko pojasnjuje utemeljitev te zasnove.

Kaj se zgodi pri uporabi neprevlečenih grafitnih sprejemnikov?

Grafitje odličen material za podporo pri visokih temperaturah, vendar ima tri inherentne pomanjkljivosti, ki se drastično poslabšajo v komorah MOCVD:

1. Kemična korozija pri visokih temperaturah

Procesi MOCVD uvajajo amoniak, vodik in kovinsko-organske prekurzorje. Ko pride grafit v stik s temi plini pri skoraj 1000 °C, nastanejo ogljikovodiki in celo vodikov cianid. To povzroča neprekinjeno korozijo grafitne površine s postopnim dimenzijskim odstopanjem, stranski produkti reakcije pa onesnažijo epitaksialno plast.

2. Izločanje nečistoč iz porozne strukture

Ker ima grafit inherentno porozno strukturo, se preostale kovinske nečistoče, adsorbirana vlaga in kisik iz proizvodnje postopoma sproščajo med ponavljajočimi se cikli segrevanja. Vsaka sprostitev sproži nihanja v koncentraciji nečistoč v ozadju epitaksialne plasti, kar bo ustvarilo nepojasnjene napake, vidne na krivuljah izkoristka.

3. Prašenje in deformacija pri termičnem cikliranju

Susceptorji MOCVD so dnevno podvrženi več ciklom segrevanja in hlajenja. Goli grafit trpi zaradi zmanjšane vezne sile med površinskimi delci pod ponavljajočim se toplotnim udarom, kar povzroči razpadanje prahu. Delci ogljika, ki padejo na epitaksialne rezine, povzročijo smrtno kontaminacijo z delci.

Skratka, neobloženi grafitni sprejemniki delujejo kot nepredvidljive "bombe nečistoč", ki nenehno sproščajo onesnaževalce znotraj komor MOCVD.

Kakšne prednosti nudi prevleka CVD SiC?

Ko procesi izdelave polprevodnikov napredujejo do vozlišč nanometrskega in celo atomskega merila, se bodo kontaminanti površin v sledovih, vključno z onesnaževalci v obliki delcev in kovinskimi ionskimi nečistočami, poslabšali ali celo naredili končne polprevodniške naprave popolnoma nefunkcionalne. To nalaga veliko strožje zahteve glede zmogljivosti za grafitne suceptorje, ki se uporabljajo v epitaksialnih postopkih. Zanašajoč se na napredno tehnologijo kemičnega naparjevanja, enakomerno gosta SiC prevleka, nanesena na grafitne sprejemnike. Ta premaz deluje kot robusten zaščitni keramični oklep in zagotavlja naslednje ključne prednosti:

1. Zanesljiva fizična zaščita

Prevleka SiC popolnoma izolira grafitno osnovo od procesne atmosfere, preprečuje stik amoniaka in vodika z osnovnim grafitom in zavira kemično jedkanje. Medtem so nečistoče, ujete v grafitni matrici, zaprte pod prevleko in se ne morejo izlužiti v komoro.

2. Ultra-visoka čistoča

Prevleke CVD SiC čistosti dosegajo čistost na ravni ppb (razred 9N, nad 99,999995 %), kar močno prekaša večino grafitnih materialov. To pomeni, da je kontaminacija rezine zCVD SiC prevlečen grafitni suceptorpovršina se zmanjša na skoraj zanemarljivo raven.

3. Vrhunska odpornost na toplotne udarce

Susceptorji MOCVD se ponavadi poškodujejo zaradi hitrih temperaturnih nihanj. S prilagoditvami procesov,CVD SiCpremazi se lahko trdno povežejo z grafitnimi podlagami in se prilagodijo koeficientu toplotnega raztezanja grafita, kar učinkovito zmanjša tveganje za razpoke, ki jih povzročijo ekstremne temperaturne spremembe.

4. Izjemna odpornost proti oksidaciji

V okoljih, ki vsebujejo kisik pod 1600 °C, se na površini prevleke grafitnih suceptorjev, prevlečenih s CVD SiC, naravno razvije ultra tanek zaščitni film SiO₂. Ta prevleka CVD SiC lahko prepreči nadaljnjo oksidacijo, ki erodira notranje grafitne prijemalke, in deluje kot zadnja možnost tudi v hudih okoliščinah, kot je nenačrtovan dovod zraka med postopkom.