¿Cómo elegir, utilizar y mantener una embarcación PECVD?

1. ¿Qué es una embarcación PECVD?

1.1 Definición y funciones principales

La nave PECVD (Deposición Química de Vapor Asistida por Plasma) es una herramienta esencial para transportar obleas o sustratos en el proceso PECVD. Debe funcionar de forma estable en un entorno de alta temperatura (300-600 °C), activado por plasma y con gases corrosivos (como SiH₄ y NH₃). Sus principales funciones incluyen:

● Posicionamiento preciso: garantiza un espaciado uniforme de las obleas y evita interferencias en el recubrimiento.
● Control del campo térmico: optimiza la distribución de la temperatura y mejora la uniformidad de la película.
● Barrera anticontaminación: aísla el plasma de la cavidad del equipo para reducir el riesgo de contaminación por metales.

1.2 Estructuras y materiales típicos

Selección de materiales:

● Embarcación de grafito (opción convencional): alta conductividad térmica, resistencia a altas temperaturas, bajo costo, pero requiere recubrimiento para evitar la corrosión del gas.
●Barco de cuarzo: De altísima pureza, químicamente resistente, pero muy frágil y costoso.
●Cerámica (como Al₂O₃): resistente al desgaste, adecuada para producción de alta frecuencia, pero mala conductividad térmica.

Características principales del diseño:

● Espaciado de ranuras: coincida con el espesor de la oblea (por ejemplo, tolerancia de 0,3 a 1 mm).
●Diseño del orificio de flujo de aire: optimiza la distribución del gas de reacción y reduce el efecto de borde.
●Recubrimiento de superficie: Recubrimiento común de SiC, TaC o DLC (carbono similar al diamante) para prolongar la vida útil.

2. ¿Por qué debemos prestar atención al rendimiento de las embarcaciones PECVD?

2.1 Cuatro factores principales que afectan directamente el rendimiento del proceso

✔ Control de la contaminación:
Las impurezas en el cuerpo del barco (como Fe y Na) se volatilizan a altas temperaturas, lo que provoca poros o fugas en la película.
El desprendimiento del revestimiento introducirá partículas y provocará defectos en el revestimiento (por ejemplo, partículas > 0,3 μm pueden provocar que la eficiencia de la batería disminuya en un 0,5 %).

✔ Uniformidad del campo térmico:
La conducción desigual del calor de la nave de grafito PECVD provocará diferencias en el espesor de la película (por ejemplo, bajo el requisito de uniformidad de ±5%, la diferencia de temperatura debe ser inferior a 10 °C).

✔ Compatibilidad con plasma:
Los materiales inadecuados pueden provocar descargas anormales y dañar la oblea o los electrodos del dispositivo.

✔ Vida útil y coste:
Los cascos de barcos de baja calidad deben reemplazarse con frecuencia (por ejemplo, una vez al mes) y los costos de mantenimiento anuales son elevados.

3. ¿Cómo elegir, utilizar y mantener una embarcación PECVD?

3.1 Método de selección de tres pasos

Paso 1: Aclarar los parámetros del proceso

● Rango de temperatura: Se puede seleccionar un recubrimiento de grafito + SiC por debajo de 450 °C, y se requiere cuarzo o cerámica por encima de 600 °C.
●Tipo de gas: Cuando contenga gases corrosivos como Cl2 y F-, se debe utilizar un recubrimiento de alta densidad.
●Tamaño de la oblea: la resistencia de la estructura del barco de 8 pulgadas/12 pulgadas es significativamente diferente y requiere un diseño específico.

Paso 2: Evaluar las métricas de rendimiento

Métricas clave:

●Rugosidad de la superficie (Ra): ≤0,8 μm (la superficie de contacto debe ser ≤0,4 μm)
●Resistencia de adhesión del recubrimiento: ≥15 MPa (norma ASTM C633)
●Deformación a alta temperatura (600 ℃): ≤0,1 mm/m (prueba de 24 horas)

Paso 3: Verificar la compatibilidad

● Coincidencia de equipos: Confirme el tamaño de la interfaz con los modelos principales como AMAT Centura, centrotherm PECVD, etc.
● Prueba de producción de prueba: Se recomienda realizar una prueba de lote pequeño de 50 a 100 piezas para verificar la uniformidad del recubrimiento (desviación estándar del espesor de la película <3%).

3.2 Mejores prácticas de uso y mantenimiento

Especificaciones de funcionamiento:

✔Proceso de prelimpieza:

● Antes del primer uso, es necesario bombardear el Xinzhou con plasma Ar durante 30 minutos para eliminar las impurezas adsorbidas en la superficie.

●Después de cada lote de proceso, se utiliza SC1 (NH₄OH:H₂O₂:H₂O=1:1:5) para limpiar y eliminar residuos orgánicos.

✔ Cargando tabúes:

●Se prohíbe la sobrecarga (por ejemplo, la capacidad máxima está diseñada para ser de 50 piezas, pero la carga real debe ser ≤ 45 piezas para reservar espacio para la expansión).

●El borde de la oblea debe estar a ≥2 mm del extremo del tanque del barco para evitar efectos de borde de plasma.

✔ Consejos para alargar la vida

● Reparación del revestimiento: cuando la rugosidad de la superficie Ra＞1,2 μm, el revestimiento de SiC se puede volver a depositar mediante CVD (el coste es un 40 % menor que el del reemplazo).

✔ Pruebas periódicas:

● Mensualmente: Verifique la integridad del recubrimiento mediante interferometría de luz blanca.
●Trimestral: Analizar el grado de cristalización de la nave mediante XRD (la nave de oblea de cuarzo con fase cristalina > 5% necesita ser reemplazada).

4. ¿Cuáles son los problemas comunes?

P1: ¿Puede elEmbarcación PECVD¿Se puede utilizar en el proceso LPCVD?

R: ¡No se recomienda! El LPCVD tiene una temperatura más alta (generalmente de 800 a 1100 °C) y necesita soportar una mayor presión de gas. Requiere el uso de materiales más resistentes a los cambios de temperatura (como el grafito isostático), y el diseño de la ranura debe considerar la compensación de la expansión térmica.
P2: ¿Cómo determinar si la carrocería del barco ha fallado?

A: Deje de usarlo inmediatamente si se presentan los siguientes síntomas:
Las grietas o el desprendimiento del revestimiento son visibles a simple vista.
La desviación estándar de la uniformidad del recubrimiento de obleas ha sido >5% durante tres lotes consecutivos.
El grado de vacío de la cámara de proceso se redujo en más del 10%.

P3: Barco de grafito vs. barco de cuarzo, ¿cómo elegir?

Conclusión: Las embarcaciones de grafito se prefieren para escenarios de producción en masa, mientras que las embarcaciones de cuarzo se consideran para investigaciones científicas/procesos especiales.

Conclusión:

Aunque elEmbarcación PECVDNo es el equipo principal, sino el guardián silencioso de la estabilidad del proceso. Desde la selección hasta el mantenimiento, cada detalle puede ser un punto clave para mejorar el rendimiento. Espero que esta guía le ayude a despejar la confusión técnica y a encontrar la solución óptima para reducir costes y mejorar la eficiencia.