VETEK | Процесс шарттары бойынша SiC жабыны, TaC жабыны немесе қатты SiC қалай таңдауға болады

Бұл мақала қолданба шекаралары мен типтік сценарийлерін сипаттайдыCVD SiC жабыны, TaC жабыныжәнеҚатты SiCтемпература, атмосфера және процестің түрі бойынша эпитаксис және сызу инженерлеріне таңдау кезінде процесс терезелерін жылдам теңестіруге көмектеседі және материал мен жағдайдың сәйкес келмеуінен болатын бөлшектер мен өмірлік қауіптерді болдырмайды.

1. Температура терезесі SiC және TaC қолданылатын шекараларын қалай анықтайды?

Негізгі қорытынды:CVD SiC жабыны шамамен 2000–2100°C-тан төмен құрылымдық салыстырмалы түрде өзгеріссіз қалады; осы диапазоннан асқанда сәйкес келмейтін булану ықтималдығы артады және бөлшектер қаупі артады. TaC жабыны шамамен 3880 ° C балқу температурасына ие және әлі де 2400 ° C-тан жоғары PVT орталарында өте төмен бу қысымын сақтай алады, бұл оны өте жоғары температура сценарийлері үшін сенімдірек таңдау етеді.

Температура таңдаудағы бірінші қақпа болып табылады. GaN MOCVD және Si/SiC эпитаксистік процестерінің көпшілігі әдетте SiC жабынының жайлылық аймағына жатады; SiC PVT кристалының өсуі сияқты жоғары температуралы, ұзағырақ циклді ыстық аймақтар SiC әлі де жеткілікті екенін қайта бағалауды қажет етеді.

SiC жабынының температуралық шекарасы

Шамамен 2000–2100°C төмен CVD SiC жабыны құрылымдық тұтастықты және салыстырмалы түрде төмен бөлшектер деңгейін сақтай алады. Температура одан әрі жоғарылаған сайын кремнийдің артық ұшпалануы (сәйкес келмейтін булану) беттің кедір-бұдыры мен ұнтақтану қаупін күшейтіп, жабынның қызмет ету мерзімін де, тазалықты да айқын қысымға түсіреді.

TaC жабынының жоғары температуралық артықшылығы

TaC шамамен 3880°C балқу температурасына ие және әлі де 2400°C жоғары PVT кристалының өсу орталарында өте төмен бу қысымы мен жақсы химиялық тұрақтылықты сақтай алады, бұл оны өте жоғары температуралы графит ыстық аймақ компоненттері үшін қорғаныс жабыны ретінде қолайлы етеді. Процесс SiC тұрақты қызмет ете алмайтын диапазонға анық енгенде, TaC-қа ауысу көбінесе SiC-ті қалыңдатудан гөрі тиімдірек болады.

2.Атмосфера және коррозия жабынды таңдауға қалай әсер етеді?

Негізгі қорытынды:NH₃, H₂ немесе хлор негізіндегі газдары бар әдеттегі эпитаксистік атмосферада SiC жабыны әдетте жақсы жұмыс істейді; жоғары температуралы сутегі және жоғары коррозиялық орталарда TaC коррозиясының жылдамдығы айтарлықтай төмен (әдебиеттер мен техникалық деректер оның жоғары температурадағы аммиактағы SiC-тің шамамен 1/6, ал сутегіде одан да төмен болуы мүмкін екенін көрсетеді). Нақты атмосфераға қайта бағалау қажет.

Температура әлі де SiC үшін қолайлы диапазонда болса да, атмосфералық коррозия шешуші фактор болуы мүмкін. Технологиялық газ түрлері, ішінара қысымдар және жиынтық әсер ету уақыты жабын бетінің күйіне және қызмет ету мерзіміне әсер етеді.

Кәдімгі эпитаксистік атмосфера

GaN MOCVD және Si эпитаксисі сияқты жалпы жағдайларда CVD SiC жабыны NH₃/H₂ жүйелерінде кеңінен қолданыла бастады. Қалыңдықтың біркелкілігі мен тығыздығын жақсы бақылау арқылы термиялық тұрақтылық пен бөлшектерді бақылауға бірге қол жеткізуге болады.

Жоғары коррозиялық немесе экстремалды атмосфера

Атмосфера SiC-ге айтарлықтай әсер еткенде немесе жоғары температурада ұзақ әсер ету қажет болғанда, химиялық инерттілігі және TaC коррозиясының төмен жылдамдығы артықшылықтарға айналады. Таңдау тек бір температуралық метрикаға қарап емес, зауыттың газ рецептісін, температура профилін және ақаудың тарихи режимдерін біріктіруі керек.

3.Қатты SiC және қапталған графит бөліктері қандай сценарийлерге сәйкес келеді?

Негізгі қорытынды:Қабықпен қапталған графит бөлшектері арзанырақ және термиялық тезірек жауап береді, эпитаксистік сезімталдық пен алдын ала қыздыру сақиналарының көпшілігіне сәйкес келеді; Қатты SiC жабын-субстрат интерфейсі жоқ және плазмалық төзімділігі күштірек, фокус сақиналары және бөлшектерге және қызмет ету мерзіміне өте жоғары талаптары бар сценарийлер сияқты сыни ою бөліктеріне сәйкес келеді.

Қатты SiC және «графит + жабын» жай алмастырғыш қатынас емес, қолдану сценарийі мен ТШО арасындағы сәйкестік.

Қапталған графит бөліктеріне арналған қолданылатын сценарийлер

Субстрат жоғары жылу өткізгіштікке, жылдам қызуға және бақыланатын құнына ие; CVD SiC немесе TaC жабыны химиялық тосқауыл мен бөлшектердің басылуын қамтамасыз етеді. Үлкен өлшемді қабылдағыштарға, алдын ала қыздыру сақиналарына және жақсы жылу біркелкілігін қажет ететін GaN/SiC эпитаксисіндегі басқа бөліктерге қолайлы.

Қатты SiC үшін қолданылатын сценарийлер

Негізгі массасы β-SiC, жабын интерфейсі жоқ және қабаттасу қаупі жоқ; тазалығы плазмалық шабуылға тамаша төзімділікпен 5N–7N жетуі мүмкін. Фокус сақиналары мен душ бастиектері сияқты сызу камерасының маңызды бөліктеріне және ауыстыру циклдерін айтарлықтай ұзағырақ және бөлшектердің төмен түсу қаупін қажет ететін желілерге қолайлы. Сәйкес процестерде қызмет ету мерзімі 2000+ сағаттық диапазонға жетуі мүмкін.

4.Таңдау үшін шешім қабылдаудың жеңілдетілген жолы

Негізгі қорытынды:Алдымен температураның SiC үшін тұрақты терезеден асып кететінін тексеріңіз, содан кейін атмосфералық коррозияны тексеріңіз, ең соңында бөлік функциясына және бөлшектер/өмірлік талаптарға сәйкес қапталған графит пен қатты SiC арасында таңдаңыз.

Жылдам пайымдау тізбегі:

1. Температура шамамен 2000–2100°C-тан жоғары сақталады ма? Иә болса, TaC немесе Solid SiC бағалауға басымдық беріңіз.

2. Атмосфера SiC-ге айтарлықтай әсер ете ме (жоғары температура H₂, жоғары коррозиялық газдар және т.б.)? Иә болса, TaC салмағын арттырыңыз.

3. Бөлшек сызудың маңызды құрамдас бөлігі ме немесе интерфейсті деламиминациялауға нөлдік төзімділік пе? Иә болса, Solid SiC басымдылығын беріңіз.

4. Басқа дәстүрлі эпитаксистік ыстық аймақ бөліктері үшін CVD SiC қапталған графит бөліктері тазалық, қалыңдықтың біркелкілігі және тығыздығы жақсы бақыланатын болса, әдетте өнімділік пен құнның теңгерімі болып қалады.

Үш нұсқаны қысқаша салыстыру

Кесте жалпы инженерлік пайымдау өлшемдерін көрсетеді; нақты шешімдер әлі де жабдықты, газ рецептерін және үйдегі ақаулар тарихын тексеруді қажет етеді.

5.Жағдайлық зерттеу: мерзімінен бұрын эпитаксистік сусцептордың сәтсіздігінің материалдарын таңдау шолуы

Негізгі қорытынды:SiC үшін «қолданылатын» температура диапазонына түсу «тұрақты» диапазонға түсуді білдірмейді. Процесс жоғары температураны қатты төмендететін атмосферамен үйлестіргенде, тек температуралық төбе бойынша таңдау коррозия мен бөлшектер қаупін төмендетеді; атмосфера және тарихи сәтсіздік режимдері шешімге қосылуы керек.

Инженерлік ескерту:

GaN/SiC эпитаксистік сызығы жоғарырақ температура рецептісіне ауысқаннан кейін, бұрын тұрақты болған CVD SiC қапталған графит сенсорларының партиясы тарихи қызмет ету мерзімінің шамамен үштен екісінде жиектерінің кедір-бұдырлануын және бөлшектердің жоғарылауын көрсете бастады. Ауыстыру циклдері қысқартылды және кірістіліктің өзгеруі артты. Ерте тергеу жабынның қалыңдығы мен тазалығына бағытталған: GDMS және қалыңдықтың біркелкілігі екеуі де шығыс спецификацияда болды, және бірдей жабын партиясы әлі де басқа құралдардағы тарихи қызмет ету мерзіміне жақындады, сондықтан материалдар партиясы мәселесі негізінен жоққа шығарылды. Процесті өзгерту жазбаларымен әрі қарай салыстыру жаңа рецепт ең жоғары температураны шамамен 80°C-қа көтергенін көрсетті - әлі де жалпы SiC терезесінің төменгі жиегінде - бірақ сутегінің ішінара қысымы мен жоғары температураны ұстау уақыты айтарлықтай артып, камераның ішіндегі SiC-ге редуктивті шабуылды күшейтті. Аномалиясыз бірдей сериялы бөлшектермен істен шыққан бөлшектерді беттік және көлденең қималарды салыстыру атмосфераны күшейткеннен кейін коррозия ерекшеліктеріне сәйкес жоғары температура аймағында жабынның концентрленген жұқаруы мен микро кедір-бұдырлығын көрсетті. Содан кейін желі бірдей ыстық аймақ құрылымы астында TaC жабын ерітіндісімен шағын топтаманы тексеруді жүргізді; сол рецепт бойынша бөлшектер мен ауыстыру циклдері қолайлы деңгейге оралды. Бұл жағдай таңдау тек «температура әлі де SiC қолдануға болатын диапазонда» деп қана қоймайды, сонымен қатар «ағымдағы атмосферада және ұстап тұру уақытында SiC әлі де төмен тәуекелді таңдау болып табылады» деп сұрауы керек екенін көрсетеді. Температураны қатты төмендететін атмосферамен бірге көтерген кезде, тіпті номиналды температура төбесі бұзылмаса да, алдыңғы жабу ерітіндісіне әдепкі емес, TaC қайта бағалануы немесе процесс терезесін реттеу керек.

6.Жиі қойылатын сұрақтар

1). Әдеттегі GaN MOCVD процестері үшін не таңдалады?

Көп жағдайда тазалығы жоғары графит + CVD SiC қапталған сенсор/алдын ала қыздыру сақинасына басымдық беріңіз. Температура мен атмосфера SiC жайлылық аймағына түскенде өнімділік пен шығынды басқаруға болады.

2). TaC қашан қарастырылуы керек?

Температура шамамен 2000°C-тан жоғары болған кезде немесе атмосфера SiC-қа айтарлықтай әсер еткенде (мысалы, белгілі бір PVT және жоғары коррозиялық жағдайлар), TaC жабынын бағалауға басымдық беріңіз.

3). Қатты SiC әрқашан қапталған графиттен жақсы ма?

Жоқ. Қатты SiC интерфейссіз, плазмалық төзімділікте және кейбір ультра ұзақ қызмет ету сценарийлерінде артықшылықтарға ие, бірақ қымбатырақ; Көптеген эпитаксистік науалар әлі де қапталған графитті пайдаланады. Бөлшек функциясы және ТШО бойынша таңдаңыз.

4). Таңдаудан кейін нені тексеру керек?

Көлемді таңдау алдында құралдағы үлгілермен температураның біркелкілігін, бөлшектердің деңгейін және нақты қызмет ету мерзімін тексеру ұсынылады. Жалғыз материал атауы желі өнімділігін қамтамасыз ету үшін жеткіліксіз.

5). Бұл жабдықтың үйлесімділігіне және реттелетін ауыстыруға қалай қосылады?

Материал таңдалғаннан кейін нақты жабдық үлгісі үшін өлшемді және жылу өрісін сәйкестендіру әлі де орындалуы керек. Aixtron және Veeco Graphite Susceptor үйлесімділігі және 1:1 теңшелетін ауыстыру шешімдерінің кластер бетін қараңыз.

7.Қорытынды және келесі қадамдар

Таңдаудың кілті - процесс терезесін теңестіру: температура шекараны белгілейді, атмосфера коррозия қаупін белгілейді және бөлік функциясы қатты SiC қажет екенін шешеді. Осы үш қадамды нақтылау, содан кейін үлгіні тексерумен біріктіру «жоғары спецификацияға» ұмтылудан гөрі сенімдірек.

Егер сіз SiC жабыны, TaC жабыны немесе Қатты SiC ерітінділері белгілі бір құралға және процеске сәйкес келсе, VeTek техникалық тобына хабарласуға болады. Таңдау бойынша кеңес, үлгі қолдау және тексеру есептері ұсынылуы мүмкін. Доктор Сяо және инженерлік топ технологиялық терезе мен жылу өрісінің талаптарын шешуге көмектесе алады.

Негізгі сілтемелер және деректер көздері

1. VeTek Semiconductor ішкі инженерлік деректері және тұтынушы процесінің терезесі тәжірибесі.

2. Жартылай өткізгішті эпитаксия және сызу жабдығына арналған CVD жабынының шығын материалдарын таңдау инженерлік анықтамалығының тірек бетіндегі материал шекаралары және қызмет ету мерзімі сілтемелері.

3. VeTek техникалық мақаласы: SiC және TaC жабынының өнімділігін салыстыру және жоғары температура тұрақтылығын талқылау.

4. Nakamura et al., Applied Physics Letters, 2015 — Жоғары температура, жоғары коррозиялық ортада TaC жабынының қорғаныс өнімділігі.

Ескертпе: Мәтіндегі температура мен қызмет ету уақытының диапазондары типтік инженерлік сілтемелер болып табылады; нақты мәндер ішкі процесс пен өлшенген тексеруден кейін болуы керек.

Авторы: VeTek Semiconductor Technical Engineering Team (доктор Сяоның басшылығымен аяқталды)

Қосымша техникалық талқылау немесе үлгіні бағалау үшін ресми веб-сайт арқылы бізге хабарласыңыз.