Għaliex il-Grafita ta' Purità Għolja hija Kritika għall-Kontroll tad-Difetti tal-Epitassija tas-SiC

Il-kwalità tal-wejfer tas-silikon karbur (SiC) prodott hija influwenzata minn bidliet sottili anke fl-ambjent tat-tkabbir. Qasam li ħafna ma jikkunsidrawx huwa l-grafita li tgħatti r-reattur. Din tiflaħ għat-test tas-sħana intensa li tinsab ġewwa r-reattur waqt li ssostni u tippożizzjona l-wejfer waqt l-epitassija. Jekk il-grafita tkun impura jew strutturata b'mod irregolari, biċċiet żgħar ta' materjal jew reazzjoni mhux mixtieqa jistgħu jiġu depożitati matul il-proċess tat-tkabbir. Problemi żgħar fuq il-wiċċ tal-grafita jistgħu jiżviluppaw f'difetti kbar tal-wejfer, li jirriżultaw f'aktar xogħol u rendimenti aktar baxxi għall-manifatturi taċ-ċippa. Għalhekk il-kundizzjoni u l-indafa tal- Suxxettore tal-grafita hija kwistjoni aktar importanti milli ħafna jaħsbu.

Kif il-Purità tal-Grafita Tinfluwenza l-Kwistjonijiet tal-Partiċelli fil-Kmamar tal-Epitassija?

Il-partiċelli huma difett mifrux tal-wejfer fil-kmamar tal-epitassija tas-SiC, u spiss jinvolvu l-grafita fil-proċess. Il-partijiet tal-grafita jinsabu fiż-żona sħuna tar-reattur tas-SiC, iġorru l-wejfer u jinfluwenzaw il-kontorni termali. Bl-użu ta' grafita inqas pura, impuritajiet traċċa, bħal kontaminanti metalliċi, irmied, jew residwi residwi tal-proċess, jistgħu joħorġu gass mill-grafita bil-mod maż-żmien waqt tkabbir f'temperatura għolja. L-impuritajiet li joħorġu gass spiss ma jkunux jistgħu jinstabu fil-kamra, iżda eventwalment jinżlu fuq il-wiċċ tal-wejfer, jew isiru parti mill-fażi tal-gass. Pereżempju, f'applikazzjoni waħda, fabbrika għażlet grafita ta' grad aktar baxx biex tiffranka l-ispejjeż. Għalkemm l-ebda problema ma kienet apparenti inizjalment waqt ġirjiet qosra, wara diversi ċikli ta' Epitassija sic , ġew osservati toqob każwali u tikek mhux maħduma fuq il-wiċċ tal-wejfer. Is-sors ta’ difetti bħal dawn ġie traċċat għal mikropartiċelli emessi mid-detentur jew is-susċettur tal-grafita. Il-partiċelli jidħlu fil-kompartiment tat-tkabbir u jaġixxu bħala żerriegħa b’mod mhux mixtieq. Densità irregolari tal-parti tal-grafita tikkontribwixxi wkoll għal mikro-qsim fuq il-wiċċ tal-parti mat-tisħin, li twassal għat-twaqqigħ ta’ partiċelli fini fil-kompartiment maż-żmien, anke jekk il-parti tista’ tidher nadifa. Għalhekk, il-monitoraġġ tas-sors tal-grafita u l-istorja tagħha huwa kompitu ta’ rutina fil-fabbriki biex jiġu evitati difetti relatati mal-partiċelli. Grafita ta’ purità għolja b’ammont ikkontrollat ​​ta’ rmied ġeneralment hija mixtieqa, speċjalment għal produzzjonijiet fit-tul. Għadd ta’ ċikli termali tal-partijiet huwa mmonitorjat ukoll peress li l-materjali jarmu partiċelli anke wara proċessi inizjali tajbin. Barra minn hekk, il-metodu ta’ manutenzjoni għall-partijiet tal-grafita jinfluwenza d-difetti. Pereżempju, proċeduri ta’ tindif aggressivi jagħmlu ħsara lill-wiċċ tal-grafita u jirriżultaw f’mikro-qsim. Il-metodu preferut huwa proċess ta’ tindif ħafif u kkontrollat ​​b’interazzjoni fiżika minima mal-partijiet tal-grafita. Għal raġunijiet ekonomiċi, is-sostituzzjoni tal-partijiet aktar kmieni milli mistenni tista' tkun aħjar milli tindirizza t-telf fir-rendiment fi stadji aktar tard. Fil-qosor, il-kontroll tal-ġenerazzjoni tal-partiċelli fi proċess tipiku ta' epitassija tas-SiC idur madwar dettalji żgħar dwar il-kwalità tal-materjal u l-prattiki tal-immaniġġjar. Il-kwistjoni tal-kwalità tal-grafita hija fil-qalba tal-kwistjoni.

Rekwiżiti Materjali għal Partijiet Epitassjali u Suċċetturi tas-SiC ta' Kwalità Għolja

Għall-epitassija tas-SiC, il-partijiet fir-reattur huma aktar milli sempliċement biex "iżommu" l-wejfer. Is-susċetturi, it-trasportaturi tal-grafita u l-komponenti taż-żona sħuna fir-reattur jinfluwenzaw direttament it-tkabbir tal-kristalli. Huwa għalhekk li l-materjali huma impenjattivi ħafna u difett żgħir eventwalment jimmanifesta ruħu bħala difett fuq il-wejfer. Stabbiltà termali għolja hija rekwiżit fundamentali. Il-partijiet jissaħħnu għal temperaturi għoljin ħafna għal żmien twil (xi kultant ċikli ripetittivi ta' tisħin/tkessiħ). Materjal li ma jistax iżomm l-istabbiltà f'dawn it-temperaturi se jitgħawweġ u eventwalment jista' jinqasam. Bidliet żgħar fil-ġeometrija jistgħu jibdlu b'mod sinifikanti l-fluss tal-gass u d-distribuzzjoni tas-sħana li jirriżultaw fi tkabbir mhux uniformi tal-kristall fuq il-wiċċ tal-wejfer. Il-purità hija fattur kritiku ieħor. Il-proċessi tas-SiC ta' kwalità għolja jeħtieġu kontenut baxx ħafna ta' metall u livell baxx ħafna ta' rmied f'komponenti bbażati fuq il-grafita. Waqt it-tħaddim, il-metalli traċċa se joħorġu bil-mod mill-partijiet, il-kontaminanti jistgħu jinfirxu fil-kompartiment u jirriżultaw f'kontaminazzjoni tal-partiċelli jew difetti lokali tal-kristall. F'xi fabbriki, ħsara każwali fl-istivar ġiet traċċata għal lott wieħed ta' susċettur ikkontaminat. L-istruttura tal-wiċċ hija rekwiżit importanti. Wiċċ lixx u uniformi jgħin biex jitnaqqas it-tferrigħ tal-partiċelli matul iċ-ċiklu tat-tisħin/tkessiħ. Wiċċ mhux uniformi, jew pori fl-istruttura tal-wiċċ, se jitkissru kontinwament waqt it-tħaddim u b'hekk jiġġeneraw sors kostanti ta' partiċelli fil-kompartiment. Il-kwalità tal-kisi hija wkoll rekwiżit essenzjali ieħor. Ħafna susċetturi ta' kwalità għolja jużaw kisi SiC bħala saff protettiv. Il-kisi għandu jaderixxi sew mal-materjal bażi u għandu jiflaħ tħaddim fit-tul. Twaħħil u delaminazzjoni fqar jesponu direttament il-grafita bażi għall-ambjent ta' reazzjoni ħarxa. Spiss naraw dan f'applikazzjonijiet reali: pereżempju, fabbrika tal-wejfer li taħdem għal lott ta' produzzjoni twil tosserva li r-rata ta' difetti tiżdied b'mod kostanti wara mijiet ta' ċikli. L-ispezzjoni tas-susċettur tiżvela xedd żgħir tal-kisi u erożjoni tat-tarf. Il-bdil jew is-sostituzzjoni tal-komponent se jirritorna r-rata ta' difetti għal livell aċċettabbli. L-għażla tal-materjali t-tajba mhix biss dwar il-prestazzjoni inizjali tal-komponenti, iżda l-istabbiltà tal-materjal f'ċikli ripetuti.

Effetti tal-Istruttura tal-Qamħ fuq l-Istabbiltà Termali fis-Sistemi AIXTRON G10

L-istruttura tal-qamħ tal-komponenti tal-grafita ġewwa SiC f'temperatura għolja Tkabbir tal-epitassija Sistema, bħal AIXTRON G10, taffettwa ħafna l-istabbiltà termali. Dan jirrelata ma' bidliet dimensjonali, żamma tal-forma, u rispons għaċ-ċikliżmu termali. Il-grafita mhijiex solida monolitika. Tikkonsisti f'bosta kristalliti jew qmuħ. Il-kristalliti individwali jista' jkollhom orjentazzjonijiet differenti. Meta jkun hemm kontroll ħażin tad-daqs tal-qamħ fil-komponent tal-grafita, tinqala' distribuzzjoni irregolari tas-sħana. Żoni tal-komponent jisħnu u jiksħu b'rati differenti. Dan joħloq stress intern fuq livell mikro. Bil-mod il-mod maż-żmien dan l-istress intern jikkawża tgħawwiġ jew distorsjoni f'partijiet bħas-susċettur jew it-trasportatur tal-wejfer. Dan il-proċess huwa faċilment identifikabbli waqt il-produzzjoni. Tipikament jidher meta l-linja tal-wejfer tkun qed topera f'temperaturi għoljin. Il-kwalità tal-wejfer tibda tinbidel wara mijiet ta' ċikli termali. Il-varjazzjonijiet fil-ħxuna jiżdiedu, u d-difetti fit-truf jibdew jitfaċċaw aktar regolarment. Ladarba dawn il-partijiet jiġu eżaminati ġeneralment ikollhom sinjali ta' tgħawwiġ jew għeja tal-materjal. Strutturi ta' qmuħ fini b'distribuzzjoni kkontrollata tal-kristallit se jkollhom stabbiltà termali ħafna aħjar minn qmuħ oħxon jew strutturi każwali. Dan jirriżulta fi trasferiment tas-sħana aktar uniformi u punti ta' stress lokalizzati mnaqqsa. Bi struttura xierqa tal-qamħ, il-partijiet jirreżistu t-tgħawwiġ anke fuq mijiet ta’ ċikli termali. Strutturi oħxon jew strutturi tal-qamħ imqassma ħażin jirriżultaw f’punti dgħajfa fil-parti, li jippermettu mikro-qsim u eventwalment ir-rilaxx ta’ partiċelli fil-kompartiment. Kwistjoni ewlenija oħra li għandek tikkonsidra hija r-reżistenza għax-xokk termali. Hemm punti fejn il-parti tgħaddi minn bidla sinifikanti fit-temperatura bħat-tagħbija fir-reattur jew mat-tneħħija. Jekk ikun hemm konfini dgħajfa bejn il-qamħ allura jistgħu jiffurmaw mikro-qsim tul il-linji tal-qamħ. Filwaqt li dan tipikament ma jirriżultax f’ħsara fil-parti, jippermetti li dawn id-dgħufijiet jiffurmaw fil-materjal, u jwasslu għal kwistjonijiet ta’ affidabbiltà fil-futur. Il-biċċa l-kbira tal-fabbriki jsegwu l-ħajja tal-parti kemm bis-sigħat użati, kif ukoll bin-numru ta’ ċikli termali u t-trattament bis-sħana totali. Il-partijiet bi struttura tal-qamħ iddisinjata tajjeb għandhom ħajja itwal, riżultati aktar konsistenti maż-żmien.

Tnaqqis tal-Kontaminazzjoni Metallika f'Komponenti tal-Grafita ta' Purità Għolja

Waħda mill-problemi "moħbija" iżda kritiċi fi kwalunkwe parti tal-grafita, inkluż fil-proċess tal-epitassija tas-SiC, hija l-kontaminazzjoni metallika. Anke traċċi żgħar ta' metalli f'parti tal-grafita jistgħu jidħlu fil-proċess u jsiru sors ta' difetti diffiċli biex jiġu traċċati f'reattur tal-epitassija tas-SiC bħall-AIXTRON G10. Metalli bħal dawn normalment joriġinaw mill-materja prima jew mid-diversi passi tal-ipproċessar involuti fil-manifattura tal-komponent tal-grafita. Elementi bħall-Ħadid, in-Nikil, il-Kalċju u s-Sodju huma komuni u jibqgħu maqbuda fil-biċċa l-kbira tal-grafita f'temperatura tal-kamra, madankollu, fit-temperatura elevata tal-proċess użata fl-epitassija tas-SiC, dawn l-elementi jistgħu jsiru mobbli. Dawn il-metalli traċċa jistgħu eventwalment jiġu evakwati jew jemigraw fuq il-wiċċ waqt ċikli ripetuti ta' tisħin/tkessiħ fiż-żona sħuna, jiġifieri s-susċettur jew it-trasportatur tal-wejfer innifsu. Każ tipiku jkun bħal dan: fabbrika tibda lott ta' produzzjoni bl-użu ta' partijiet ġodda tal-grafita. L-ewwel ftit wejfers huma tajbin u ma juru l-ebda difett, iżda wara ċertu perjodu, jibdew jidhru difetti żgħar. Normalment ikunu ħofor żgħar, ħsarat każwali fil-munzelli, jew avvenimenti ta' partiċelli inspjegabbli. Huwa faċli li tissuspetta bi żball fluss ta' gass ħażin jew avveniment ta' kontaminazzjoni waqt it-tindif tal-kompartiment. Iżda analiżi dettaljata ħafna drabi twassal lura għar-rilaxx bil-mod ta' metalli traċċa mill-komponenti tal-grafita. Il-kontroll tal-purità tal-grafita huwa wieħed miċ-ċwievet. Għal komponenti kritiċi, dejjem hija preferuta l-grafita purifikata f'temperatura għolja b'kontenut baxx ta' rmied. Dan il-pass ta' purifikazzjoni jneħħi l-maġġoranza tar-residwu metalliku. Grafita bħal din tista' żżomm l-elementi maqbuda għal żmien itwal anke taħt ċikli ripetuti ta' tisħin/tkessiħ. L-ispezzjoni li tidħol tal-partijiet tal-grafita hija wkoll importanti ħafna f'xi fabbriki. L-ittestjar tal-lottijiet tal-grafita b'tekniki bħal ICP-OES jew XRF jista' jipprevjeni l-użu ta' partijiet ikkontaminati. Jista' wkoll jipprevjeni t-taħlit ta' partijiet minn sorsi differenti fl-istess fluss tal-proċess. Kisi bħal SiC jew TaC jgħin ukoll biex isolvi l-problema billi jaġixxi bħala barriera bejn il-parti tal-grafita u l-ambjent tal-proċess. Sakemm il-kisi jkun depożitat sew u mwaħħal mas-sottostrat tal-grafita sottostanti, dan inaqqas l-interazzjoni tal-parti tal-grafita mal-ambjent tal-proċess. Fl-aħħar iżda mhux l-inqas huwa l-immaniġġjar u l-ħażna tal-partijiet tal-grafita. Il-partijiet tal-grafita jistgħu jiġu kkontaminati waqt l-immaniġġjar b'ingwanti maħmuġin, strumenti jew billi jinħażnu fuq xkaffa mhux nadifa. Din il-kontaminazzjoni tal-wiċċ tista' mbagħad tidħol fil-forn matul iċ-ċiklu tat-tisħin. Biex titnaqqas il-kontaminazzjoni metallika tal-partijiet tal-grafita, hija s-somma ta' ħafna sforzi żgħar. Huwa meħtieġ materjal ta' purità għolja flimkien ma' prattika tajba ta' mmaniġġjar u kontroll strett tal-proċess.

Għaliex is-Sistemi Veeco EPIK Jitolbu Materjali tal-Grafita b'Porożità Ultra-Baxxa?

Il-partijiet tal-grafita fil-pjattaforma tas-Sistemi Veeco EPIK jgħaddu minn waħda mill-aktar kundizzjonijiet ħorox tal-proċess fil-manifattura tas-semikondutturi. Dawn il-komponenti jesperjenzaw kundizzjonijiet ta’ temperatura għolja, kimika tal-gass aggressiva u ċikli twal tal-proċess. Il-grafita b’porożità ultra baxxa hija għalhekk kritika biex tinżamm l-integrità u l-indafa tal-epitassija tas-SiC. Il-porożità tirreferi għall-pori interni żgħar li jeżistu fil-korp tal-grafita nnifsu. Minkejja wiċċ perfettament lixx, jistgħu jeżistu pori interni li jaqbdu gassijiet tal-proċess, residwi u kimika tat-tindif. Porożità għolja tfisser aktar volum intern għall-qbid, fejn wara espożizzjoni għal temperatura għolja, il-materjal jista’ jiġi degassat bil-mod. Dan it-tneħħija tal-gass mhux dejjem ikun lineari u jista’ jwassal għal tifqigħat, u b’hekk il-proċess ikun diffiċli biex jiġi kkontrollat. Fl-epitassija tas-SiC, dan huwa speċjalment detrimentali. Meta l-gassijiet jiġu rilaxxati mill-korp tal-grafita, jistgħu jiġu inkorporati fil-fluss tal-gass fil-kamra tal-epitassija, u jikkontribwixxu għal partiċelli mhux mixtieqa. Il-partiċelli jsibu posthom fuq il-wiċċ tal-wejfer, u jħallu impatt fuq it-tkabbir tal-kristall u jistgħu jwasslu għal difetti mhux mistennija bħal ħofor każwali, wiċċ imħatteb jew varjazzjonijiet lokali fil-ħxuna tal-wejfer. Xenarju tipiku li niltaqgħu miegħu huwa fir-rampi tal-produzzjoni fejn fabbrika nadifa tirċievi partijiet ġodda tal-grafita għal sistema EPIK. Ir-riżultati inizjali jistgħu jkunu aċċettabbli, madankollu hekk kif iċ-ċikli termali jirrepetu ruħhom, ir-rati tad-difetti jistgħu jiżdiedu bil-mod u l-ispezzjoni tal-proċess inklużi l-linji tal-gass, il-valvi u l-istadji tal-proċess tat-tindif tista' ma tiżvela xejn ovvju. Spiss jiġi żvelat li l-ħati huwa l-grafita b'porożità baxxa fiż-żona ta' temperatura għolja. L-għażla ta' grafita b'porożità ultra baxxa timminimizza dan ir-riskju b'mod effettiv billi tillimita l-volumi interni li fihom jistgħu jinħbew l-ispeċi maqbuda, u b'hekk timminimizza l-probabbiltà ta' rilaxxi f'daqqa ta' gass meta jissaħħnu. Hija assoċjata wkoll ma' integrità mekkanika aħjar. L-istruttura aktar densa tal-grafita b'porożità ultra baxxa tipikament toffri reżistenza akbar għall-qsim hekk kif il-grafita tgħaddi minn ċikli termali ripetuti. Barra minn hekk, uċuħ b'porożità baxxa jippromwovu integrità mtejba tal-kisi. Meta SiC jew materjali refrattorji oħra jkunu miksija fuq dawn l-uċuħ tal-grafita, jaderixxu sew ma' wiċċ inqas poruż. Dan x'aktarx huwa dovut għal intimità akbar tat-twaħħil bejn il-materjal miksi u l-grafita, li min-naħa tagħha ttejjeb id-durabbiltà u l-lonġevità tal-kisi u l-potenzjal tagħhom li jitqaxxru jew jitfarrku. Fl-aħħar mill-aħħar, l-għażla ta' grafita b'porożità ultra baxxa f'xenarju ta' fabbrikazzjoni ta' kuljum, filwaqt li hija proprjetà tal-materjal, tipprovdi benefiċċju dirett ħafna biex jinkisbu riżultati ta' wejfer stabbli, nodfa u prevedibbli fi proċessi ta' epitassja tas-SiC ta' kwalità għolja.