Varför är CVD SiC-beläggningar ett måste för MOCVD-grafitsusceptorer?

Vid tillverkning av LED-chip fungerar MOCVD-epitaxi som kärnprocessen som bestämmer ljuseffektiviteten. Under produktionen arbetar grafitsusceptorer som bär safir- eller kiselsubstrat under upprepade termiska cykler vid temperaturer nära 1 000°C i korrosiva atmosfärer. Följaktligen påverkar prestandan hos grafitsusceptorer direkt epitaxieffektiviteten, epitaxilikformigheten och det slutliga utbytet av färdiga anordningar. Att avsätta en CVD SiC-beläggning på grafitsusceptorer har blivit den vanliga industrilösningen. Den här artikeln utvecklar kortfattat logiken bakom denna design.

Vad händer när man använder obelagda grafitsusceptorer?

Grafitär utmärkta material för högtemperaturstöd, men det har tre inneboende nackdelar som förvärras drastiskt inuti MOCVD-kammare:

1. Kemisk korrosion vid höga temperaturer

MOCVD-processer introducerar ammoniak, väte och metallorganiska prekursorer. När grafit kommer i kontakt med dessa gaser vid nästan 1 000°C bildas kolväten och till och med vätecyanid. Detta orsakar kontinuerlig korrosion av grafitytan med gradvis dimensionsavvikelse, och reaktionsbiprodukterna förorenar det epitaxiella lagret.

2. Utgasning av föroreningar från porös struktur

Eftersom grafit har en inneboende porös struktur frigörs kvarvarande metalliska föroreningar, adsorberad fukt och syre från produktionen gradvis under upprepade uppvärmningscykler. Varje frisättning utlöser fluktuationer i bakgrundskoncentrationen av föroreningar i det epitaxiella lagret, vilket kommer att skapa oförklarliga defektpunkter som är synliga på avkastningskurvorna.

3. Pulverbildning och deformation under termisk cykling

MOCVD-susceptorer genomgår flera uppvärmnings- och kylcykler dagligen. Bar grafit lider av minskad bindningskraft mellan ytpartiklar under upprepad termisk chock, vilket resulterar i pulveravfall. Kolpartiklar som faller på epitaxiella wafers leder till dödlig partikelkontamination.

Kort sagt, obelagda grafitsusceptorer fungerar som oförutsägbara "orenhetsbomber" som kontinuerligt släpper ut föroreningar inuti MOCVD-kammare.

Vilka fördelar ger CVD SiC-beläggningen?

När tillverkningen av halvledarprocesser går vidare till noder på nanometer och till och med i atomskala, kommer spår av ytföroreningar inklusive partikelformiga föroreningar och metalliska joniska föroreningar att försämras eller till och med göra slutliga halvledarenheter helt icke-funktionella. Detta ställer mycket strängare prestandakrav på grafitsusceptorer som används i epitaxiella processer. Förlitar sig på den avancerade kemiska ångavsättningstekniken, en jämnt tät SiC-beläggning avsatt på grafitsusceptorer. Denna beläggning fungerar som en robust skyddande keramisk rustning och ger följande viktiga fördelar:

1. Tillförlitligt fysiskt skydd

SiC-beläggningen isolerar grafitbasen helt från processatmosfärer, förhindrar ammoniak och väte från att komma i kontakt med basgrafiten och undertrycker kemisk etsning. Under tiden förseglas föroreningar som fångas inuti grafitmatrisen under beläggningen och kan inte läcka in i kammaren.

2. Ultrahög renlighet

Renhet CVD SiC-beläggningar uppnår ppb-nivå renhet (9N-kvalitet, över 99,999995%), vilket avsevärt överträffar de flesta grafitmaterial. Detta innebär att kontamineringen av skivan avCVD SiC-belagd grafitsusceptorytan reduceras till en nästan försumbar nivå.

3. Överlägsen värmechockbeständighet

MOCVD-susceptorer tenderar att upprätthålla skador från snabba temperaturfluktuationer. Genom processanpassningar,CVD SiCbeläggningar kan binda fast med grafitbaser och anpassa sig till grafitens termiska expansionskoefficient, vilket effektivt minskar risken för sprickbildning orsakad av extrema temperaturförändringar.

4. Anmärkningsvärd oxidationsbeständighet

Under syrehaltiga miljöer under 1600°C utvecklas en ultratunn skyddande SiO₂-film naturligt på beläggningsytan av CVD SiC-belagda grafitsusceptorer. Denna CVD SiC-beläggning kan förhindra ytterligare oxidation för att erodera de interna grafitsusceptorerna, och fungerar som en sista utväg även under svåra omständigheter som ett oplanerat luftintag under processen.