Mengapa Grafit Ketulenan Tinggi Adalah Penting untuk Kawalan Kecacatan Epitaksi SiC

Kualiti wafer silikon karbida (SiC) yang dihasilkan dipengaruhi oleh perubahan halus dalam persekitaran pertumbuhan. Satu perkara yang ramai tidak pertimbangkan ialah grafit yang melapisi reaktor. Ia tahan terhadap ujian haba yang kuat yang terdapat di dalam reaktor semasa ia menyokong dan meletakkan wafer semasa epitaksi. Jika grafit tidak tulen atau berstruktur tidak sekata, cebisan kecil bahan atau tindak balas yang tidak diingini boleh termendap sepanjang proses pertumbuhan. Masalah kecil pada permukaan grafit boleh berkembang menjadi kecacatan wafer utama, mengakibatkan lebih banyak kerja dan hasil yang lebih rendah untuk pengeluar cip. Oleh itu, keadaan dan kebersihan Suseptor grafit adalah isu yang lebih penting daripada yang disangkakan oleh kebanyakan orang.

Bagaimanakah Ketulenan Grafit Mempengaruhi Isu Zarah dalam Kebuk Epitaksi?

Zarah merupakan kecacatan wafer yang berleluasa dalam ruang epitaksi SiC, dan kerap melibatkan grafit dalam proses tersebut. Bahagian grafit berada di zon panas reaktor SiC, membawa wafer dan mempengaruhi kontur terma. Dengan penggunaan grafit yang kurang tulen, kekotoran surih, seperti bahan cemar logam, abu, atau sisa proses, boleh keluar gas dari grafit secara perlahan-lahan dari semasa ke semasa semasa pertumbuhan suhu tinggi. Kekotoran yang dikeluarkan gas selalunya tidak dapat dikesan di dalam ruang, tetapi akhirnya ia mendarat di permukaan wafer, atau menjadi sebahagian daripada fasa gas. Contohnya, dalam satu aplikasi, sebuah fabrik memilih grafit gred rendah untuk penjimatan kos. Walaupun tiada masalah yang ketara semasa jangka pendek pada mulanya, selepas beberapa kitaran Sic epitaxy , lubang jarum rawak dan bintik-bintik kasar diperhatikan pada permukaan wafer. Punca kecacatan tersebut dikesan kepada zarah mikro yang dipancarkan daripada pemegang grafit atau susceptor. Zarah-zarah tersebut akan memasuki ruang pertumbuhan dan bertindak sebagai biji benih dengan cara yang tidak diingini. Ketumpatan bahagian grafit yang tidak sekata juga akan menyumbang kepada keretakan mikro pada permukaan bahagian semasa pemanasan, yang membawa kepada penumpahan zarah halus ke dalam ruang dari semasa ke semasa, walaupun bahagian tersebut mungkin kelihatan bersih. Oleh itu, memantau sumber grafit dan sejarahnya merupakan tugas rutin dalam fabrikasi untuk mengelakkan kecacatan berkaitan zarah. Grafit ketulenan tinggi dengan jumlah abu terkawal secara amnya adalah wajar, terutamanya untuk pengeluaran jangka panjang. Kiraan kitaran haba bahagian juga dipantau kerana bahan akan menumpahkan zarah walaupun selepas pemprosesan awal yang baik. Selain itu, kaedah penyelenggaraan untuk bahagian grafit mempengaruhi kecacatan. Contohnya, prosedur pembersihan yang agresif akan merosakkan permukaan grafit dan mengakibatkan keretakan mikro. Kaedah yang diutamakan ialah proses pembersihan yang ringan dan terkawal dengan interaksi fizikal yang minimum dengan bahagian grafit. Atas sebab-sebab ekonomi, penggantian bahagian lebih awal daripada yang dijangkakan mungkin lebih baik daripada menangani kehilangan hasil pada peringkat kemudian. Secara ringkasnya, kawalan penjanaan zarah dalam proses epitaksi SiC biasa berkisar pada butiran kecil mengenai kualiti bahan dan amalan pengendalian. Isu kualiti grafit adalah teras perkara ini.

Keperluan Bahan untuk Bahagian dan Susceptor Epitaksial SiC Mewah

Bagi epitaksi SiC, bahagian-bahagian dalam reaktor bukan sekadar untuk 'memegang' wafer. Suseptor, pembawa grafit dan komponen zon panas dalam reaktor secara langsung mempengaruhi pertumbuhan kristal. Inilah sebabnya mengapa bahan-bahan ini sangat memerlukan banyak perhatian dan kecacatan kecil akhirnya akan muncul sebagai kecacatan pada wafer. Kestabilan terma yang tinggi adalah keperluan asas. Bahagian-bahagian tersebut dipanaskan pada suhu yang sangat tinggi untuk masa yang lama (kadang-kadang kitaran pemanasan/penyejukan berulang). Bahan yang tidak dapat mengekalkan kestabilan pada suhu ini akan herot dan akhirnya mungkin retak. Perubahan kecil dalam geometri boleh mengubah aliran gas dan pengagihan haba dengan ketara yang mengakibatkan pertumbuhan kristal yang tidak seragam pada permukaan wafer. Ketulenan adalah faktor kritikal yang lain. Proses SiC mewah memerlukan kandungan logam yang sangat rendah dan tahap abu yang sangat rendah dalam komponen berasaskan grafit. Semasa operasi, logam surih akan terlarut perlahan-lahan keluar dari bahagian, bahan cemar boleh meresap ke dalam ruang dan mengakibatkan pencemaran zarah atau kecacatan kristal tempatan. Dalam sesetengah fabrikasi, kesalahan susunan rawak telah dikesan kepada satu kelompok suseptor yang tercemar. Struktur permukaan adalah keperluan penting. Permukaan yang licin dan sekata akan membantu mengurangkan penumpahan zarah semasa kitaran pemanasan/penyejukan. Permukaan yang tidak seragam, atau liang dalam struktur permukaan, akan terus rosak semasa operasi dan dengan itu menghasilkan sumber zarah yang stabil ke dalam ruang. Kualiti salutan juga merupakan satu lagi keperluan penting. Banyak suseptor mewah menggunakan salutan SiC sebagai lapisan perlindungan. Salutan mesti melekat dengan baik pada bahan asas dan mesti tahan operasi yang berpanjangan. Ikatan dan penyahlaminasi yang lemah akan mendedahkan grafit asas secara langsung kepada persekitaran tindak balas yang keras. Kita sering melihat perkara ini dalam aplikasi sebenar: contohnya, fabrik wafer yang dijalankan untuk kelompok pengeluaran yang panjang akan memerhatikan kadar kecacatan meningkat secara berterusan selepas ratusan kitaran. Memeriksa suseptor akan mendedahkan sedikit haus salutan dan hakisan tepi. Menukar atau menggantikan komponen akan mengembalikan kadar kecacatan ke tahap yang boleh diterima. Memilih bahan yang betul bukan sahaja tentang prestasi awal komponen, tetapi kestabilan bahan dalam kitaran berulang.

Kesan Struktur Bijirin terhadap Kestabilan Terma dalam Sistem AIXTRON G10

Struktur butiran komponen grafit di dalam SiC suhu tinggi Pertumbuhan epitaksi Sistem, seperti AIXTRON G10, sangat memberi kesan kepada kestabilan terma. Ini berkaitan dengan perubahan dimensi, pengekalan bentuk dan tindak balas terhadap kitaran terma. Grafit bukanlah pepejal monolitik. Ia terdiri daripada banyak kristal atau butiran. Kristal individu mungkin mempunyai orientasi yang berbeza. Apabila terdapat kawalan saiz butiran yang lemah dalam komponen grafit, pengagihan haba yang tidak sekata akan timbul. Kawasan komponen akan menjadi panas dan sejuk pada kadar yang berbeza. Ini menghasilkan tekanan dalaman pada tahap mikro. Perlahan-lahan dari semasa ke semasa, tekanan dalaman ini menyebabkan meledingkan atau herotan pada bahagian seperti susceptor atau pembawa wafer. Proses ini mudah dikenal pasti semasa pengeluaran. Ia biasanya muncul apabila garisan wafer beroperasi pada suhu tinggi. Kualiti wafer mula berubah selepas beratus-ratus kitaran terma. Variasi ketebalan meningkat dan kecacatan tepi mula muncul dengan lebih kerap. Setelah bahagian ini diperiksa, ia biasanya mempunyai tanda-tanda meledingkan atau keletihan bahan. Struktur butiran halus dengan pengagihan kristal terkawal akan mempunyai kestabilan terma yang jauh lebih baik daripada butiran kasar atau struktur rawak. Ini akan menghasilkan pemindahan haba yang lebih sekata dan titik tegasan setempat yang berkurangan. Dengan struktur butiran yang betul, bahagian-bahagian tersebut akan menahan lengkungan walaupun dalam ratusan kitaran haba. Struktur kasar atau struktur butiran yang tidak teragih dengan baik mengakibatkan bintik-bintik lemah di dalam bahagian tersebut, yang membolehkan keretakan mikro dan akhirnya pembebasan zarah ke dalam ruang. Satu lagi isu utama yang perlu dipertimbangkan ialah ketahanan terhadap kejutan haba. Terdapat titik di mana bahagian tersebut mengalami perubahan suhu yang ketara seperti pemuatan ke dalam reaktor atau semasa penyingkiran. Jika terdapat sempadan yang lemah antara butiran, maka keretakan mikro mungkin terbentuk di sepanjang garis butiran. Walaupun ini biasanya tidak mengakibatkan kegagalan bahagian, ia membolehkan kelemahan ini terbentuk dalam bahan, yang membawa kepada isu kebolehpercayaan pada masa hadapan. Kebanyakan fabrikasi menjejaki jangka hayat bahagian mengikut jam yang digunakan, dan bilangan kitaran haba dan jumlah rawatan haba. Bahagian dengan struktur butiran yang direkayasa dengan baik mempunyai jangka hayat yang lebih lama, hasil yang lebih konsisten dari semasa ke semasa.

Mengurangkan Pencemaran Logam dalam Komponen Grafit Ketulenan Tinggi

Salah satu masalah "tidak kelihatan" tetapi kritikal dalam mana-mana bahagian grafit, termasuk dalam proses epitaksi SiC, ialah pencemaran logam. Kesan logam yang kecil dalam bahagian grafit boleh meresap ke dalam proses dan menjadi sumber kecacatan yang sukar dikesan dalam reaktor epitaksi SiC seperti AIXTRON G10. Logam sedemikian biasanya berasal daripada bahan mentah atau pelbagai langkah pemprosesan yang terlibat dalam pembuatan komponen grafit. Unsur seperti Besi, Nikel, Kalsium dan Natrium adalah perkara biasa dan kekal terperangkap dalam sebahagian besar grafit pada suhu bilik, walau bagaimanapun, pada suhu proses yang tinggi yang digunakan dalam epitaksi SiC, unsur-unsur ini mungkin menjadi mudah alih. Logam surih ini akhirnya boleh dikeluarkan gasnya atau berhijrah ke permukaan semasa kitaran pemanasan/penyejukan berulang di zon panas, iaitu suseptor atau pembawa wafer itu sendiri. Kes biasa adalah seperti ini: sebuah fabrik memulakan kelompok pengeluaran menggunakan bahagian grafit baharu. Beberapa wafer pertama adalah ok dan tidak menunjukkan kecacatan, tetapi selepas tempoh tertentu, kecacatan kecil mula muncul. Ia biasanya lubang kecil, kerosakan susunan rawak, atau peristiwa zarah yang tidak dapat dijelaskan. Mudah untuk tersilap mengesyaki aliran gas yang salah atau kejadian pencemaran semasa pembersihan ruang. Tetapi analisis terperinci selalunya membawa kepada pelepasan logam surih secara perlahan daripada komponen grafit. Mengawal ketulenan grafit adalah salah satu kuncinya. Bagi komponen kritikal, grafit yang ditulenkan suhu tinggi dengan kandungan abu yang rendah sentiasa diutamakan. Langkah penulenan ini membuang sebahagian besar sisa logam. Grafit sedemikian boleh memastikan unsur-unsur terperangkap untuk masa yang lebih lama walaupun di bawah kitaran pemanasan/penyejukan berulang. Pemeriksaan masuk bahagian grafit juga sangat penting dalam sesetengah fabrikasi. Menguji kelompok grafit dengan teknik seperti ICP-OES atau XRF boleh mencegah penggunaan bahagian yang tercemar. Ia juga boleh menghalang pencampuran bahagian daripada sumber yang berbeza dalam aliran proses yang sama. Salutan seperti SiC atau TaC juga membantu menyelesaikan masalah dengan bertindak sebagai penghalang antara bahagian grafit dan persekitaran proses. Selagi salutan dimendapkan dengan baik dan terikat pada substrat grafit di bawahnya, ia akan mengurangkan interaksi bahagian grafit dengan persekitaran proses. Akhir sekali ialah pengendalian dan penyimpanan bahagian grafit. Bahagian grafit boleh tercemar semasa pengendalian dengan sarung tangan, instrumen yang kotor atau dengan disimpan di rak yang tidak bersih. Pencemaran permukaan ini kemudiannya boleh masuk ke dalam relau semasa kitaran pemanasan. Untuk mengurangkan pencemaran logam pada bahagian grafit, ia merupakan gabungan banyak usaha kecil. Bahan ketulenan tinggi yang digabungkan dengan amalan pengendalian yang baik dan kawalan proses yang ketat diperlukan.

Mengapakah Veeco EPIK Systems Memerlukan Bahan Grafit Keliangan Ultra Rendah?

Bahagian grafit dalam platform Veeco EPIK Systems menjalani salah satu keadaan proses paling sukar dalam pembuatan semikonduktor. Keadaan suhu tinggi, kimia gas yang agresif dan kitaran proses yang panjang dialami oleh komponen ini. Oleh itu, grafit keliangan ultra rendah adalah penting untuk mengekalkan integriti dan kebersihan epitaksi SiC. Keliangan merujuk kepada liang dalaman kecil yang wujud di dalam badan grafit itu sendiri. Walaupun permukaannya licin sempurna, liang dalaman boleh wujud untuk memerangkap gas proses, sisa dan kimia pembersihan. Keliangan yang tinggi bermakna lebih banyak isipadu dalaman untuk memerangkap, di mana selepas pendedahan suhu tinggi, bahan boleh dinyahgaskan secara perlahan-lahan. Penyahgasan ini tidak selalunya linear dan boleh menyebabkan letupan, menjadikan proses sukar dikawal. Dalam epitaksi SiC, ini amat memudaratkan. Apabila gas dilepaskan dari badan grafit, ia boleh dimasukkan ke dalam aliran gas di dalam ruang epitaksi, menyumbang kepada zarah yang tidak diingini. Zarah-zarah akan menemui jalannya ke permukaan wafer, memberi kesan kepada pertumbuhan kristal dan boleh menyebabkan kecacatan yang tidak dijangka seperti lubang rawak, pengasaran permukaan atau variasi tempatan dalam ketebalan wafer. Senario biasa yang dihadapi adalah di landasan pengeluaran di mana fabrikasi bersih menerima bahagian grafit baharu untuk sistem EPIK. Keputusan awal mungkin boleh diterima, namun apabila kitaran haba berulang, kadar kecacatan mungkin meningkat dan pemeriksaan rangkaian proses termasuk saluran gas, injap dan peringkat proses pembersihan mungkin tidak mendedahkan apa-apa yang jelas. Selalunya didedahkan bahawa penyebabnya ialah grafit porositi rendah dalam zon suhu tinggi. Pemilihan grafit porositi ultra rendah berkesan meminimumkan risiko ini dengan mengehadkan isipadu dalaman di mana spesies yang terperangkap boleh disembunyikan, meminimumkan kemungkinan pembebasan gas secara tiba-tiba apabila dipanaskan. Ia juga dikaitkan dengan integriti mekanikal yang lebih baik. Struktur grafit porositi ultra rendah yang lebih padat biasanya menawarkan peningkatan rintangan terhadap keretakan apabila grafit menjalani kitaran haba berulang. Tambahan pula, permukaan porositi rendah menggalakkan integriti salutan yang dipertingkatkan. Apabila SiC atau bahan refraktori lain disalut pada permukaan grafit ini, ia melekat dengan baik pada permukaan yang kurang berliang. Ini berkemungkinan disebabkan oleh peningkatan keintiman ikatan antara bahan bersalut dan grafit, yang seterusnya meningkatkan ketahanan dan jangka hayat salutan serta potensinya untuk mengelupas atau mengelupas. Akhirnya, pemilihan grafit keliangan ultra rendah dalam senario fabrikasi harian, walaupun merupakan sifat bahan, memberikan manfaat yang sangat langsung dalam mencapai hasil wafer yang stabil, bersih dan boleh diramal dalam proses epitaksi SiC mewah.