Чому CVD-покриття SiC є обов’язковими для MOCVD-графітових токоприймачів?

У виробництві світлодіодних чіпів епітаксія MOCVD є основним процесом, який визначає ефективність світла. Під час виробництва графітові сенсори з сапфіровими або кремнієвими підкладками працюють під час повторюваних термічних циклів при температурах, близьких до 1000 °C, у корозійній атмосфері. Відповідно, продуктивність графітових рецепторів безпосередньо впливає на ефективність епітаксії, однорідність епітаксії та кінцевий вихід готових пристроїв. Нанесення CVD-покриття SiC на графітові фіксатори стало основним промисловим рішенням. У цій статті коротко описано обґрунтування цього дизайну.

Що відбувається при використанні графітових фіксаторів без покриття?

Графітє чудовим матеріалом для високотемпературної підтримки, але він має три притаманні недоліки, які різко посилюються в камерах MOCVD:

1. Хімічна корозія при високих температурах

Процеси MOCVD вводять аміак, водень і металоорганічні прекурсори. Коли графіт контактує з цими газами при температурі майже 1000°C, утворюються вуглеводні та навіть ціаністий водень. Це викликає постійну корозію поверхні графіту з поступовим відхиленням розмірів, а побічні продукти реакції забруднюють епітаксійний шар.

2. Виділення домішок з пористої структури

Оскільки графіт має природну пористу структуру, залишкові металеві домішки, адсорбована волога та кисень поступово вивільняються під час повторних циклів нагрівання. Кожне вивільнення викликає коливання фонової концентрації домішок в епітаксійному шарі, що створює незрозумілі дефекти, видимі на кривих текучості.

3. Порошок і деформація при термоциклуванні

Сприймачі MOCVD щодня проходять кілька циклів нагрівання та охолодження. Голий графіт страждає від зниженої сили зв’язку між поверхневими частинками під час повторного теплового удару, що призводить до осипання порошку. Частинки вуглецю, що потрапляють на епітаксійні пластини, призводять до смертельного забруднення частинками.

Коротше кажучи, графітові рецептори без покриття діють як непередбачувані «бомби з домішками», які постійно випускають забруднювачі всередині камер MOCVD.

Які переваги надає покриття CVD SiC?

У міру того, як процеси виробництва напівпровідників просуваються до вузлів нанометрового і навіть атомного масштабу, сліди поверхневих забруднювачів, включаючи тверді частинки забруднювачів і металеві іонні домішки, погіршуватимуть або навіть призведуть до повної нефункціональності кінцевих напівпровідникових пристроїв. Це накладає набагато суворіші вимоги до продуктивності графітових фіксаторів, які використовуються в епітаксіальних процесах. Спираючись на передову технологію хімічного осадження з парової фази, рівномірно щільне покриття SiC наноситься на графітові фіксатори. Це покриття діє як міцна захисна керамічна броня та забезпечує такі ключові переваги:

1. Надійний фізичний захист

Покриття SiC повністю ізолює графітову основу від технологічної атмосфери, запобігаючи контакту аміаку та водню з основним графітом і пригнічуючи хімічне травлення. Тим часом домішки, захоплені всередині графітової матриці, запечатані під покриттям і не можуть вилуговуватися в камеру.

2. Надвисока чистота

Чистота CVD SiC-покриттів досягає рівня чистоти ppb (клас 9N, вище 99,999995%), що значно перевершує більшість графітових матеріалів. Це означає, що забруднення пластиниCVD SiC-покритий графітовий токоприймачповерхня зменшується до майже незначного рівня.

3. Чудова стійкість до термічного удару

Сприймачі MOCVD, як правило, зазнають пошкоджень від різких температурних коливань. Через коригування процесу,CVD SiCпокриття можуть міцно з’єднуватися з графітовою основою та адаптуватися до коефіцієнта теплового розширення графіту, ефективно знижуючи ризик розтріскування, викликаного екстремальними змінами температури.

4. Чудова стійкість до окислення

У кисневмісних середовищах при температурі нижче 1600°C на поверхні покриття CVD-SiC-суцепторів із графітовим покриттям природним чином утворюється надтонка захисна плівка SiO₂. Це CVD-покриття SiC може запобігти подальшому окисленню та руйнуванню внутрішніх графітових датчиків, діючи як останній засіб навіть у важких обставинах, як-от незапланований забір повітря під час процесу.