เหตุใดการเคลือบ CVD SiC จึงเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับตัวรับกราไฟท์ MOCVD

ในการผลิตชิป LED นั้น MOCVD epitaxy ทำหน้าที่เป็นกระบวนการหลักที่กำหนดประสิทธิภาพการส่องสว่าง ในระหว่างการผลิต ตัวรับกราไฟต์ที่มีซับสเตรตแซฟไฟร์หรือซิลิคอนจะทำงานภายใต้วงจรความร้อนซ้ำๆ ที่อุณหภูมิใกล้ 1,000°C ภายในบรรยากาศที่มีฤทธิ์กัดกร่อน ดังนั้น ประสิทธิภาพของตัวรับกราไฟต์จึงส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพของอีพิแทกซี ความสม่ำเสมอของอีพิแทกซี และผลผลิตขั้นสุดท้ายของอุปกรณ์สำเร็จรูป การฝากการเคลือบ CVD SiC บนตัวรับกราไฟท์ได้กลายเป็นโซลูชันหลักในอุตสาหกรรม บทความนี้จะอธิบายโดยย่อเกี่ยวกับเหตุผลเบื้องหลังการออกแบบนี้

จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อใช้ตัวรับกราไฟท์ที่ไม่เคลือบผิว

กราไฟท์เป็นวัสดุที่ดีเยี่ยมสำหรับการรองรับที่อุณหภูมิสูง แต่ก็มีข้อเสียโดยธรรมชาติสามประการที่ทำให้รุนแรงขึ้นอย่างมากภายในห้อง MOCVD:

1. การกัดกร่อนของสารเคมีที่อุณหภูมิสูง

กระบวนการ MOCVD นำเสนอสารตั้งต้นของแอมโมเนีย ไฮโดรเจน และโลหะ-อินทรีย์ เมื่อกราไฟท์สัมผัสกับก๊าซเหล่านี้ที่อุณหภูมิเกือบ 1,000°C จะเกิดไฮโดรคาร์บอนและแม้แต่ไฮโดรเจนไซยาไนด์ สิ่งนี้ทำให้เกิดการกัดกร่อนอย่างต่อเนื่องของพื้นผิวกราไฟท์โดยมีการเบี่ยงเบนมิติอย่างค่อยเป็นค่อยไป และผลพลอยได้จากปฏิกิริยาจะปนเปื้อนชั้นเอพิแทกเซียล

2. สิ่งเจือปนที่ปล่อยออกมาจากโครงสร้างที่มีรูพรุน

เนื่องจากกราไฟท์มีโครงสร้างเป็นรูพรุน สิ่งเจือปนของโลหะที่ตกค้าง ความชื้นที่ดูดซับ และออกซิเจนจากการผลิตจึงค่อยๆ ปล่อยออกมาในระหว่างรอบการให้ความร้อนซ้ำๆ การปล่อยแต่ละครั้งจะกระตุ้นให้เกิดความผันผวนในความเข้มข้นของสิ่งเจือปนพื้นหลังของชั้นเอพิแทกเซียล ซึ่งจะสร้างจุดบกพร่องที่ไม่สามารถอธิบายได้ซึ่งมองเห็นได้บนกราฟอัตราผลตอบแทน

3. การผงและการเสียรูปภายใต้การปั่นจักรยานด้วยความร้อน

ตัวรับ MOCVD ผ่านวงจรการให้ความร้อนและความเย็นหลายรอบในแต่ละวัน กราไฟท์เปลือยมีแรงยึดเหนี่ยวลดลงระหว่างอนุภาคบนพื้นผิวภายใต้การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิแบบฉับพลันซ้ำๆ ส่งผลให้เกิดการหลุดร่อนของผง อนุภาคคาร์บอนที่ตกลงบนเวเฟอร์เอพิแทกเซียลทำให้เกิดการปนเปื้อนของอนุภาคร้ายแรง

กล่าวโดยสรุป ตัวรับกราไฟท์ที่ไม่เคลือบผิวทำหน้าที่เป็น "ระเบิดเจือปน" ที่คาดเดาไม่ได้ ซึ่งจะปล่อยสารปนเปื้อนภายในห้อง MOCVD อย่างต่อเนื่อง

การเคลือบ CVD SiC มีข้อดีอะไรบ้าง

ในขณะที่กระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ก้าวไปสู่ระดับนาโนเมตรและแม้แต่โหนดระดับอะตอม สิ่งปนเปื้อนบนพื้นผิว รวมถึงมลภาวะที่เป็นอนุภาคและสิ่งสกปรกที่เป็นไอออนิกของโลหะก็จะสลายตัวหรือแม้กระทั่งทำให้อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ขั้นสุดท้ายไม่ทำงานโดยสิ้นเชิง สิ่งนี้กำหนดข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพที่เข้มงวดมากขึ้นสำหรับตัวรับกราไฟท์ที่ใช้ในกระบวนการเอพิแทกเซียล อาศัยเทคโนโลยีการสะสมไอสารเคมีขั้นสูง การเคลือบ SiC ที่มีความหนาแน่นสม่ำเสมอจึงสะสมอยู่บนตัวรับกราไฟท์ การเคลือบนี้ทำหน้าที่เป็นเกราะเซรามิกป้องกันที่แข็งแกร่งและมีข้อดีที่สำคัญดังต่อไปนี้:

1. การป้องกันทางกายภาพที่เชื่อถือได้

การเคลือบ SiC จะแยกฐานกราไฟท์ออกจากบรรยากาศกระบวนการอย่างสมบูรณ์ ป้องกันแอมโมเนียและไฮโดรเจนไม่ให้สัมผัสกับกราไฟท์ฐาน และยับยั้งการกัดกร่อนทางเคมี ในขณะเดียวกัน สิ่งเจือปนที่ติดอยู่ภายในเมทริกซ์กราไฟท์จะถูกปิดผนึกไว้ใต้สารเคลือบและไม่สามารถซึมเข้าไปในห้องเพาะเลี้ยงได้

2. ความสะอาดสูงเป็นพิเศษ

การเคลือบ CVD SiC ที่มีความบริสุทธิ์มีความบริสุทธิ์ระดับ ppb (เกรด 9N สูงกว่า 99.999995%) ซึ่งมีประสิทธิภาพเหนือกว่าวัสดุกราไฟท์ส่วนใหญ่อย่างมาก ซึ่งหมายความว่าการปนเปื้อนของแผ่นเวเฟอร์โดยตัวรับกราไฟท์เคลือบ ซีวีดี SiCพื้นผิวลดลงจนแทบจะมองไม่เห็น

3. ความต้านทานแรงกระแทกด้วยความร้อนที่เหนือกว่า

ตัวรับ MOCVD มีแนวโน้มที่จะรักษาความเสียหายจากความผันผวนของอุณหภูมิอย่างรวดเร็ว ด้วยการปรับกระบวนการซีวีดี SiCสารเคลือบสามารถยึดเกาะกับฐานกราไฟท์ได้อย่างแน่นหนา และปรับให้เข้ากับค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนของกราไฟท์ ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงของการแตกร้าวที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่รุนแรงได้อย่างมีประสิทธิภาพ

4. ความต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่โดดเด่น

ในระหว่างสภาพแวดล้อมที่มีออกซิเจนต่ำกว่า 1,600°C ฟิล์ม SiO₂ ป้องกันบางพิเศษจะเกิดขึ้นตามธรรมชาติบนพื้นผิวเคลือบของตัวรับกราไฟท์ที่เคลือบ CVD SiC การเคลือบ CVD SiC นี้สามารถป้องกันการเกิดออกซิเดชันเพิ่มเติมเพื่อกัดกร่อนตัวรับกราไฟท์ภายใน โดยทำหน้าที่เป็นทางเลือกสุดท้ายแม้ในสถานการณ์ที่เลวร้าย เช่น อากาศเข้าโดยไม่ได้วางแผนในระหว่างกระบวนการ