Prečo sú CVD SiC povlaky nevyhnutnosťou pre MOCVD grafitové susceptory?

Pri výrobe LED čipov slúži MOCVD epitaxia ako hlavný proces, ktorý určuje svetelnú účinnosť. Počas výroby grafitové susceptory nesúce zafírové alebo kremíkové substráty pracujú v opakovaných tepelných cykloch pri teplotách blízkych 1 000 °C v korozívnej atmosfére. V súlade s tým výkon grafitových susceptorov priamo ovplyvňuje účinnosť epitaxie, jednotnosť epitaxie a konečný výťažok hotových zariadení. Nanášanie CVD SiC povlaku na grafitové susceptory sa stalo hlavným priemyselným riešením. Tento článok stručne vysvetľuje dôvody tohto dizajnu.

Čo sa stane pri použití nepotiahnutých grafitových susceptorov?

Grafitje vynikajúci materiál pre vysokoteplotnú podporu, má však tri základné nevýhody, ktoré sa výrazne zhoršujú vo vnútri komôr MOCVD:

1. Chemická korózia pri vysokých teplotách

Procesy MOCVD zavádzajú amoniak, vodík a kovovo-organické prekurzory. Keď sa grafit dostane do kontaktu s týmito plynmi pri takmer 1000 °C, vznikajú uhľovodíky a dokonca aj kyanovodík. To spôsobuje súvislú koróziu grafitového povrchu s postupnou rozmerovou odchýlkou ​​a vedľajšie produkty reakcie kontaminujú epitaxnú vrstvu.

2. Odplyňovanie nečistôt z poréznej štruktúry

Keďže grafit má vo svojej podstate poréznu štruktúru, počas opakovaných cyklov zahrievania sa postupne uvoľňujú zvyškové kovové nečistoty, adsorbovaná vlhkosť a kyslík z výroby. Každé uvoľnenie spúšťa kolísanie koncentrácie nečistôt pozadia epitaxnej vrstvy, čo vytvorí nevysvetliteľné chybné body viditeľné na krivkách výťažku.

3. Práškovanie a deformácia pri tepelnom cyklovaní

Susceptory MOCVD podstupujú denne niekoľko cyklov zahrievania a chladenia. Čistý grafit trpí zníženou väzbovou silou medzi povrchovými časticami pri opakovanom tepelnom šoku, čo vedie k uvoľňovaniu prášku. Uhlíkové častice padajúce na epitaxné doštičky vedú k smrteľnej kontaminácii časticami.

Stručne povedané, nepotiahnuté grafitové susceptory fungujú ako nepredvídateľné „nečistotné bomby“, ktoré nepretržite uvoľňujú kontaminanty vo vnútri komôr MOCVD.

Aké výhody poskytuje CVD SiC povlak?

Ako procesy výroby polovodičov postupujú k uzlom v nanometrovom a dokonca aj atómovom meradle, stopové povrchové kontaminanty vrátane tuhých znečisťujúcich látok a kovových iónových nečistôt znehodnotia alebo dokonca urobia konečné polovodičové zariadenia úplne nefunkčné. To kladie oveľa prísnejšie výkonnostné požiadavky na grafitové susceptory používané v epitaxných procesoch. Opierajúc sa o pokročilú technológiu chemického nanášania pár, rovnomerne hustý povlak SiC nanesený na grafitové susceptory. Tento povlak pôsobí ako robustný ochranný keramický pancier a prináša nasledujúce kľúčové výhody:

1. Spoľahlivá fyzická ochrana

Povlak SiC plne izoluje grafitový základ od procesnej atmosféry, bráni čpavku a vodíku v kontakte so základným grafitom a potláča chemické leptanie. Medzitým sú nečistoty zachytené vo vnútri grafitovej matrice utesnené pod povlakom a nemôžu sa dostať do komory.

2. Ultra vysoká čistota

Čistota CVD SiC povlakov dosahuje čistotu na úrovni ppb (trieda 9N, nad 99,999995 %), čím výrazne prevyšuje väčšinu grafitových materiálov. To znamená, že kontaminácia oblátkyCVD SiC potiahnutý grafitový susceptorpovrch sa zníži na takmer zanedbateľnú úroveň.

3. Vynikajúca odolnosť proti tepelným šokom

Susceptory MOCVD majú tendenciu sa poškodzovať rýchlymi teplotnými výkyvmi. Prostredníctvom procesných úprav,CVD SiCnátery sa môžu pevne spojiť s grafitovými základmi a prispôsobiť sa koeficientu tepelnej rozťažnosti grafitu, čím účinne znižujú riziko praskania spôsobeného extrémnymi teplotnými zmenami.

4. Pozoruhodná odolnosť voči oxidácii

Počas prostredia s obsahom kyslíka pod 1600 °C sa na povrchu povlaku grafitových susceptorov potiahnutých CVD SiC prirodzene vytvára ultratenký ochranný film SiO₂. Tento povlak CVD SiC môže zabrániť ďalšej oxidácii, aby došlo k erózii vnútorných grafitových susceptorov, a pôsobí ako posledná možnosť aj za nepriaznivých okolností, ako je neplánované nasávanie vzduchu počas procesu.