Waarom zijn CVD SiC-coatings een must voor MOCVD-grafietsusceptors?

Bij de productie van LED-chips fungeert MOCVD-epitaxie als het kernproces dat de lichtefficiëntie bepaalt. Tijdens de productie werken grafietsusceptoren met saffier- of siliciumsubstraten onder herhaalde thermische cycli bij temperaturen dichtbij 1.000 ° C in corrosieve atmosferen. Dienovereenkomstig hebben de prestaties van grafietsusceptors rechtstreeks invloed op de epitaxie-efficiëntie, epitaxie-uniformiteit en de uiteindelijke opbrengst van voltooide apparaten. Het aanbrengen van een CVD SiC-coating op grafiet susceptors is de reguliere oplossing in de industrie geworden. In dit artikel wordt kort ingegaan op de grondgedachte achter dit ontwerp.

Wat gebeurt er bij gebruik van ongecoate grafietsusceptoren?

Grafietis een uitstekend materiaal voor ondersteuning bij hoge temperaturen, maar het heeft drie inherente nadelen die drastisch verergeren in MOCVD-kamers:

1. Chemische corrosie bij hoge temperaturen

MOCVD-processen introduceren ammoniak, waterstof en metaal-organische precursoren. Wanneer grafiet bij bijna 1.000 °C in contact komt met deze gassen, worden koolwaterstoffen en zelfs waterstofcyanide geproduceerd. Dit veroorzaakt continue corrosie van het grafietoppervlak met geleidelijke maatafwijkingen, en de bijproducten van de reactie vervuilen de epitaxiale laag.

2. Ontgassing van onzuiverheden uit poreuze structuur

Omdat grafiet een inherent poreuze structuur heeft, komen resterende metallische onzuiverheden, geadsorbeerd vocht en zuurstof uit de productie geleidelijk vrij tijdens herhaalde verwarmingscycli. Elke vrijgave veroorzaakt fluctuaties in de achtergrondonzuiverheidsconcentratie van de epitaxiale laag, waardoor onverklaarde defectpunten ontstaan ​​die zichtbaar zijn op de rentecurves.

3. Poedervorming en vervorming onder thermische cycli

MOCVD-susceptoren ondergaan dagelijks meerdere verwarmings- en koelcycli. Kale grafiet ondervindt bij herhaalde thermische schokken een verminderde hechtkracht tussen oppervlaktedeeltjes, wat resulteert in poederafscheiding. Koolstofdeeltjes die op epitaxiale wafers vallen, leiden tot fatale deeltjesverontreiniging.

Kortom, ongecoate grafiet susceptors fungeren als onvoorspelbare "onzuiverheidsbommen" die voortdurend verontreinigende stoffen vrijgeven in MOCVD-kamers.

Welke voordelen biedt de CVD SiC-coating?

Naarmate de productieprocessen van halfgeleiders zich ontwikkelen tot knooppunten op nanometer- en zelfs atomaire schaal, zullen sporen van oppervlakteverontreinigingen, waaronder deeltjesverontreinigende stoffen en metallische ionische onzuiverheden, de uiteindelijke halfgeleiderapparaten aantasten of zelfs volledig niet-functioneel maken. Dit stelt veel strengere prestatie-eisen aan grafiet susceptors die worden gebruikt in epitaxiale processen. Vertrouwend op de geavanceerde chemische dampafzettingstechnologie, wordt een uniform dichte SiC-coating afgezet op grafietkroezen. Deze coating fungeert als een robuust beschermend keramisch pantser en biedt de volgende belangrijke voordelen:

1. Betrouwbare fysieke bescherming

De SiC-coating isoleert de grafietbasis volledig van procesatmosferen, waardoor wordt voorkomen dat ammoniak en waterstof in contact komen met het basisgrafiet en chemisch etsen wordt onderdrukt. Ondertussen worden onzuiverheden die in de grafietmatrix opgesloten zitten, onder de coating afgedicht en kunnen ze niet in de kamer uitlogen.

2. Ultrahoge netheid

De zuiverheid CVD SiC-coatings bereiken een zuiverheid op ppb-niveau (9N-kwaliteit, boven 99,999995%) en presteren ruimschoots beter dan de meeste grafietmaterialen. Dit betekent dat de vervuiling van de wafer door deCVD SiC gecoate grafiet susceptoroppervlakte wordt teruggebracht tot een vrijwel verwaarloosbaar niveau.

3. Superieure weerstand tegen thermische schokken

MOCVD-susceptors hebben de neiging schade op te lopen door snelle temperatuurschommelingen. Door procesaanpassingenCVD SiCcoatings kunnen zich stevig hechten aan grafietbases en zich aanpassen aan de thermische uitzettingscoëfficiënt van grafiet, waardoor het risico op scheuren veroorzaakt door extreme temperatuurveranderingen effectief wordt verminderd.

4. Opmerkelijke oxidatieweerstand

Tijdens zuurstofhoudende omgevingen onder de 1600°C ontwikkelt zich op natuurlijke wijze een ultradunne beschermende SiO₂-film op het coatingoppervlak van met CVD SiC gecoate grafiet susceptors. Deze CVD SiC-coating kan verdere oxidatie voorkomen om de interne grafiet susceptors te eroderen, en fungeert als laatste redmiddel, zelfs in moeilijke omstandigheden, zoals een ongeplande luchtinlaat tijdens het proces.