Yüksək Saflıqlı Qrafit SiC Epitaksi Qüsurunun Nəzarəti üçün Niyə Kritikdir

İstehsal olunan silisium karbid (SiC) lövhəsinin keyfiyyətinə böyümə mühitindəki hətta kiçik dəyişikliklər də təsir göstərir. Çoxlarının nəzərə almadığı sahə reaktorun qrafit örtüyüdür. Epitaksiya zamanı lövhəni dəstəkləyərkən və yerləşdirərkən reaktorun içərisində olan intensiv istiliyin sınağına dözür. Qrafit çirklidirsə və ya nizamsız quruluşa malikdirsə, böyümə prosesi boyunca kiçik material parçaları və ya istənməyən reaksiya yarana bilər. Qrafit səthindəki kiçik problemlər lövhənin böyük qüsurlarına çevrilə bilər ki, bu da çip istehsalçıları üçün daha çox iş və aşağı məhsuldarlıqla nəticələnə bilər. Beləliklə, lövhənin vəziyyəti və təmizliyi Qrafit qəbuledicisi əksəriyyətin düşündüyündən daha vacib bir məsələdir.

Qrafit Saflığı Epitaksiya Kameralarında Hissəcik Məsələlərinə Necə Təsir Edir?

Hissəciklər SiC epitaksi kameralarında geniş yayılmış lövhə qüsurudur və tez-tez prosesə qrafiti cəlb edir. Qrafit hissələri SiC reaktorunun isti zonasında yerləşir, lövhəni daşıyır və istilik konturlarına təsir göstərir. Daha az təmiz qrafitin istifadəsi ilə metal çirkləndiricilər, kül və ya proses qalıqları kimi iz çirkləri yüksək temperaturda böyümə zamanı zamanla qrafitdən yavaş-yavaş çıxa bilər. Qazdan çıxmış çirklər kamerada tez-tez aşkarlana bilmir, lakin nəticədə lövhə səthinə düşür və ya qaz fazasının bir hissəsinə çevrilir. Məsələn, bir tətbiqdə fabrik xərc qənaəti üçün daha aşağı dərəcəli qrafit seçdi. Əvvəlcə qısa müddətli işlərdə heç bir problem aşkarlanmasa da, bir neçə dövrədən sonra... Sic epitaksiya , lövhə səthində təsadüfi iynə dəlikləri və kələ-kötür ləkələr müşahidə edilmişdir. Bu cür qüsurların mənbəyi qrafit tutucusundan və ya susseptordan yayılan mikro hissəciklərdə izlənirdi. Hissəciklər böyümə kamerasına daxil olur və arzuolunmaz şəkildə toxum kimi çıxış edirdi. Qrafit hissəsinin qeyri-bərabər sıxlığı da qızdırıldıqda hissənin səthində mikro çatlamağa səbəb olur və bu da hissənin təmiz görünməsinə baxmayaraq, zamanla kameraya xırda hissəciklərin tökülməsinə səbəb olurdu. Beləliklə, hissəciklərlə əlaqəli qüsurların qarşısını almaq üçün fabriklərdə qrafitin mənbəyini və onun tarixini izləmək adi bir işdir. Nəzarət edilən miqdarda kül olan yüksək təmizlikli qrafit, xüsusən də uzunmüddətli istehsal üçün ümumiyyətlə arzuolunandır. Materiallar yaxşı ilkin emaldan sonra belə hissəcikləri tökdüyü üçün hissələrin istilik dövrlərinin sayı da izlənilir. Həmçinin, qrafit hissələri üçün texniki xidmət metodu qüsurlara təsir göstərir. Məsələn, aqressiv təmizləmə prosedurları qrafit səthinə zərər verər və mikro çatlara səbəb olardı. Üstünlük verilən metod qrafit hissələri ilə minimal fiziki qarşılıqlı təsir göstərən mülayim, nəzarətli təmizləmə prosesidir. İqtisadi səbəblərə görə, hissələrin gözləniləndən daha tez dəyişdirilməsi sonrakı mərhələlərdə məhsuldarlıq itkisi ilə mübarizə aparmaqdan daha yaxşı ola bilər. Bir sözlə, tipik SiC epitaksi prosesində hissəciklərin əmələ gəlməsinə nəzarət material keyfiyyəti və işləmə təcrübələri ilə bağlı kiçik detallar ətrafında fırlanır. Qrafit keyfiyyəti məsələsi məsələnin mərkəzindədir.

Yüksək keyfiyyətli SiC epitaksial hissələri və susseptorları üçün material tələbləri

SiC epitaksisi üçün reaktordakı hissələr sadəcə lövhəni "saxlamaq"dan daha çox şeydir. Reaktordakı susceptorlar, qrafit daşıyıcıları və isti zona komponentləri kristal böyüməsinə birbaşa təsir göstərir. Buna görə materiallar çox tələbkardır və kiçik bir qüsur nəticədə lövhədə qüsur kimi özünü göstərəcək. Yüksək istilik sabitliyi əsas tələbdir. Hissələr uzun müddət çox yüksək temperaturlara qədər qızdırılır (bəzən təkrarlanan isitmə/soyutma dövrləri). Bu temperaturlarda sabitliyi qoruya bilməyən material deformasiyaya uğrayacaq və nəticədə çatlaya bilər. Həndəsədəki kiçik dəyişikliklər qaz axınını və istilik paylanmasını əhəmiyyətli dərəcədə dəyişdirə bilər ki, bu da lövhə səthində qeyri-bərabər kristal böyüməsinə səbəb olur. Saflıq digər vacib amildir. Yüksək səviyyəli SiC prosesləri qrafit əsaslı komponentlərdə çox aşağı metal tərkibi və çox aşağı kül səviyyəsi tələb edir. Əməliyyat zamanı iz metalları hissələrdən yavaş-yavaş sızacaq, çirkləndiricilər kameraya yayıla və hissəciklərin çirklənməsinə və ya yerli kristal qüsurlarına səbəb ola bilər. Bəzi fabriklərdə təsadüfi yığılma qüsuru çirklənmiş susceptorun tək bir partiyası ilə əlaqələndirilib. Səth quruluşu vacib bir tələbdir. Hamar və bərabər səth isitmə/soyutma dövrü ərzində hissəciklərin tökülməsini azaltmağa kömək edəcək. Qeyri-bərabər səth və ya səth strukturundakı məsamələr istismar zamanı davamlı olaraq parçalanacaq və beləliklə, kameraya sabit hissəcik mənbəyi yaradacaq. Örtük keyfiyyəti də digər vacib tələbdir. Bir çox yüksək səviyyəli susceptorlar qoruyucu təbəqə kimi SiC örtüyündən istifadə edirlər. Örtük əsas materiala yaxşı yapışmalı və uzun müddətli istismara davam gətirməlidir. Zəif yapışma və laminasiya əsas qrafiti birbaşa sərt reaksiya mühitinə məruz qoyacaq. Biz bunu real tətbiqlərdə tez-tez görürük: məsələn, uzun istehsal seriyası üçün işləyən lövhə fabriki yüzlərlə dövrdən sonra qüsur nisbətinin davamlı olaraq artdığını müşahidə edəcək. Susceptorun yoxlanılması örtüyün yüngül aşınmasını və kənarların aşınmasını aşkar edəcək. Komponentin dəyişdirilməsi və ya dəyişdirilməsi qüsur nisbətini məqbul səviyyəyə qaytaracaq. Düzgün materialların seçilməsi yalnız komponentlərin ilkin performansı ilə deyil, həm də təkrarlanan dövrlərdə materialın sabitliyi ilə bağlıdır.

AIXTRON G10 Sistemlərində Taxıl Quruluşunun Termal Sabitliyə Təsiri

Yüksək temperaturlu SiC daxilində qrafit komponentlərinin dənəvər quruluşu Epitaksiyanın böyüməsi AIXTRON G10 kimi sistemlər istilik sabitliyinə böyük təsir göstərir. Bu, ölçü dəyişiklikləri, forma saxlanması və istilik dövrünə reaksiya ilə əlaqədardır. Qrafit monolit bərk cisim deyil. O, çoxsaylı kristallitlərdən və ya dənələrdən ibarətdir. Fərdi kristallitlər fərqli istiqamətlərə malik ola bilər. Qrafit komponenti daxilində dənə ölçüsünə zəif nəzarət edildikdə, qeyri-bərabər istilik paylanması yaranır. Komponentin sahələri müxtəlif sürətlə qızır və soyuyur. Bu, mikro səviyyədə daxili gərginlik yaradır. Zamanla yavaş-yavaş bu daxili gərginlik susseptor və ya lövhə daşıyıcısı kimi hissələrdə əyilməyə və ya deformasiyaya səbəb olur. Bu proses istehsal zamanı asanlıqla müəyyən edilə bilər. Bu, adətən lövhə xətti yüksək temperaturda işləyərkən özünü göstərir. Yüzlərlə istilik dövründən sonra lövhənin keyfiyyəti dəyişməyə başlayır. Qalınlıqdakı dəyişikliklər artır və kənar qüsurları daha müntəzəm olaraq ortaya çıxmağa başlayır. Bu hissələr araşdırıldıqdan sonra onlarda adətən əyilmə və ya material yorğunluğu əlamətləri olur. Nəzarət edilən kristallit paylanmasına malik incə dənə strukturları qaba dənələrə və ya təsadüfi strukturlara nisbətən daha yaxşı istilik sabitliyinə malik olacaq. Bu, daha bərabər istilik ötürülməsinə və lokal gərginlik nöqtələrinin azalmasına səbəb olacaq. Düzgün dənə quruluşu ilə hissələr yüzlərlə istilik dövründə belə əyilməyə davam gətirəcək. Kobud strukturlar və ya zəif paylanmış dənə quruluşları hissənin içərisində zəif nöqtələrə səbəb olur və bu da mikro çatlamaya və nəticədə hissəciklərin kameraya buraxılmasına imkan verir. Nəzərə alınmalı digər əsas məsələ istilik şokuna qarşı müqavimətdir. Hissənin reaktora yüklənməsi və ya çıxarılması kimi əhəmiyyətli temperatur dəyişikliyinə məruz qaldığı nöqtələr var. Dənələr arasında zəif sərhədlər varsa, dənə xətləri boyunca mikro çatlar əmələ gələ bilər. Bu, adətən hissənin sıradan çıxmasına səbəb olmasa da, materialda bu zəifliklərin əmələ gəlməsinə imkan verir və bu da gələcəkdə etibarlılıq problemlərinə səbəb olur. Əksər fabriklər hissənin ömrünü həm istifadə olunan saatlara, həm də istilik dövrlərinin sayına və ümumi istilik emalına görə izləyir. Yaxşı hazırlanmış dənə quruluşuna malik hissələr daha uzun ömürlüdür və zamanla daha ardıcıl nəticələr əldə edir.

Yüksək Saflıqlı Qrafit Komponentlərində Metal Çirklənmənin Azaldılması

SiC epitaksi prosesində də daxil olmaqla, istənilən qrafit hissəsində "görünməyən", lakin kritik problemlərdən biri metal çirklənməsidir. Qrafit hissəsindəki metalların hətta kiçik izləri belə prosesə sıza və AIXTRON G10 kimi SiC epitaksi reaktorunda izlənilə bilən çətin qüsurların mənbəyinə çevrilə bilər. Bu cür metallar adətən xammaldan və ya qrafit komponentinin istehsalında iştirak edən müxtəlif emal mərhələlərindən qaynaqlanır. Dəmir, nikel, kalsium və natrium kimi elementlər çox yayılmışdır və otaq temperaturunda qrafitin əsas hissəsində qalır, lakin SiC epitaksisində istifadə edilən yüksək proses temperaturunda bu elementlər hərəkətli ola bilər. Bu iz metalları nəticədə isti zonada, yəni susseptorda və ya lövhə daşıyıcısında təkrarlanan istilik/soyutma dövrləri zamanı qazdan xaric ola və ya səthə miqrasiya edə bilər. Tipik bir hal belə olardı: fabrik yeni qrafit hissələrindən istifadə edərək istehsal partiyasına başlayır. İlk bir neçə lövhə yaxşıdır və heç bir qüsur göstərmir, lakin müəyyən bir müddətdən sonra kiçik qüsurlar görünməyə başlayır. Bunlar adətən kiçik çuxurlar, təsadüfi yığın nasazlıqları və ya izaholunmaz hissəcik hadisələridir. Kamera təmizlənməsi zamanı yanlış qaz axını və ya çirklənmə hadisəsi barədə səhvən şübhələnmək asandır. Lakin ətraflı təhlil tez-tez qrafit komponentlərindən iz metallarının yavaş sərbəst buraxılmasına gətirib çıxarır. Qrafitin saflığının idarə edilməsi əsas amillərdən biridir. Kritik komponentlər üçün aşağı kül tərkibli yüksək temperaturda təmizlənmiş qrafit həmişə üstünlük təşkil edir. Bu təmizləmə addımı metal qalıqlarının əksəriyyətini aradan qaldırır. Belə qrafit elementləri təkrarlanan isitmə/soyutma dövrləri altında belə daha uzun müddət saxlaya bilər. Qrafit hissələrinin daxil olan yoxlaması bəzi fabriklərdə də çox vacibdir. Qrafit partiyalarının ICP-OES və ya XRF kimi üsullarla sınaqdan keçirilməsi çirklənmiş hissələrin istifadəsinin qarşısını ala bilər. Bu, həmçinin eyni proses axını daxilində müxtəlif mənbələrdən olan hissələrin qarışdırılmasının qarşısını ala bilər. SiC və ya TaC kimi örtüklər də qrafit hissəsi ilə proses mühiti arasında maneə rolunu oynayaraq problemi həll etməyə kömək edir. Örtük yaxşı çökdüyü və əsas qrafit substratına yapışdığı müddətcə, qrafit hissəsinin proses mühiti ilə qarşılıqlı təsirini azaldacaq. Sonuncu, lakin ən əsası qrafit hissələrinin işlənməsi və saxlanmasıdır. Qrafit hissələri çirkli əlcəklər, alətlər və ya natəmiz rəflərdə saxlanıldıqda çirklənə bilər. Bu səth çirklənməsi daha sonra qızdırma dövrü ərzində sobaya daxil ola bilər. Qrafit hissələrinin metal çirklənməsini azaltmaq üçün bu, bir çox kiçik səylərin cəmidir. Yaxşı işləmə təcrübəsi və ciddi proses nəzarəti ilə birləşdirilmiş yüksək təmizlikli material tələb olunur.

Niyə Veeco EPIK Sistemləri Ultra Aşağı Məsaməli Qrafit Materialları Tələb Edir?

Veeco EPIK Systems platformasındakı qrafit hissələri yarımkeçirici istehsalında ən sərt proses şərtlərindən birini yaşayır. Bu komponentlər yüksək temperatur, aqressiv qaz kimyası və uzun proses dövrləri şəraitində yaşayır. Ultra aşağı məsaməli qrafit, SiC epitaksisinin bütövlüyünü və təmizliyini qorumaq üçün vacibdir. Məsaməlilik, qrafit gövdəsinin özündə mövcud olan kiçik, daxili məsamələrə aiddir. Mükəmməl hamar bir səthə baxmayaraq, daxili məsamələr proses qazlarını, qalıqlarını və təmizləmə kimyasını tuta bilər. Yüksək məsaməlilik, yüksək temperatura məruz qaldıqdan sonra materialın yavaş-yavaş deqazlaşdırıla biləcəyi tutma üçün daha çox daxili həcm deməkdir. Bu deqazlaşdırma həmişə xətti deyil və partlayışlara səbəb ola bilər ki, bu da prosesi idarə etməyi çətinləşdirir. SiC epitaksisində bu, xüsusilə zərərlidir. Qazlar qrafit gövdəsindən ayrıldıqda, istənməyən hissəciklərə töhfə verərək epitaksi kamerasındakı qaz axınına daxil ola bilərlər. Hissəciklər lövhə səthinə yol tapacaq, kristal böyüməsinə təsir edəcək və təsadüfi çuxurlar, səthin kobudlaşması və ya lövhə qalınlığında yerli dəyişikliklər kimi gözlənilməz qüsurlara səbəb ola bilər. Qarşılaşılan tipik bir ssenari, təmiz bir fabrikin EPIK sistemi üçün yeni qrafit hissələri aldığı istehsal rampalarında olur. İlkin nəticələr məqbul ola bilər, lakin istilik dövrləri təkrarlandıqca qüsur nisbətləri arta bilər və qaz xətləri, klapanlar və təmizləmə prosesi mərhələləri daxil olmaqla proses xəttinin yoxlanılması heç bir aşkar şey aşkar edə bilməz. Çox vaxt günahkarın yüksək temperatur zonasında aşağı məsaməli qrafit olduğu aşkar edilir. Ultra aşağı məsaməli qrafitin seçilməsi, tələyə düşmüş növlərin gizlənə biləcəyi daxili həcmləri məhdudlaşdırmaqla bu riski effektiv şəkildə minimuma endirir və qızdırıldıqda qəfil qaz buraxılma ehtimalını minimuma endirir. Bu, həmçinin daha yaxşı mexaniki bütövlüklə əlaqələndirilir. Ultra aşağı məsaməli qrafitin daha sıx strukturu, adətən, qrafit təkrarlanan istilik dövriyyəsinə məruz qaldıqda çatlamağa qarşı daha yüksək müqavimət təklif edir. Bundan əlavə, aşağı məsaməli səthlər örtük bütövlüyünün artırılmasını təşviq edir. SiC və ya digər odadavamlı materiallar bu qrafit səthlərinə örtüldükdə, onlar daha az məsaməli bir səthə yaxşı yapışırlar. Bu, çox güman ki, örtüklü material ilə qrafit arasındakı bağın artan yaxınlığı ilə əlaqədardır ki, bu da öz növbəsində örtüklərin davamlılığını və uzunömürlülüyünü, həmçinin onların soyulması və ya qırılması potensialını artırır. Nəticədə, gündəlik istehsal ssenarisində ultra aşağı məsaməli qrafitin seçilməsi, material xüsusiyyəti olsa da, yüksək səviyyəli SiC epitaksi proseslərində sabit, təmiz və proqnozlaşdırıla bilən lövhə nəticələrinin əldə edilməsində çox birbaşa fayda təmin edir.