Зошто графитот со висока чистота е клучен за контрола на дефекти на SiC епитаксија

Квалитетот на произведената плочка од силициум карбид (SiC) е под влијание дури и на суптилни промени во средината за раст. Област што многумина не ја земаат предвид е графитот што го обложува реакторот. Тој го издржува тестот на интензивната топлина што се наоѓа во реакторот додека ја поддржува и позиционира плочката за време на епитаксија. Ако графитот е нечист или структуриран неправилно, мали парчиња материјал или несакана реакција може да се наталожат во текот на процесот на раст. Малите проблеми на површината на графитот можат да се претворат во големи дефекти на плочката, што резултира со повеќе работа и пониски приноси за производителите на чипови. Така, состојбата и чистотата на Графитен сусцептор е поважно прашање отколку што повеќето би претпоставиле.

Како чистотата на графитот влијае врз проблемите со честичките во епитаксичните коморите?

Честичките се распространет дефект на плочката во коморите за епитаксија на SiC и често вклучуваат графит во процесот. Графитните делови се наоѓаат во топлата зона на SiC реакторот, носејќи ја плочката и влијаејќи на термичките контури. Со употреба на помалку чист графит, трагите од нечистотии, како што се метални загадувачи, пепел или остатоци од процесот, можат полека да се ослободат од графитот со текот на времето за време на раст на висока температура. Испуштените нечистотии често се неоткриваат во комората, но на крајот паѓаат на површината на плочката или стануваат дел од гасната фаза. На пример, во една апликација, фабриката се одлучила за графит од понизок степен за заштеда на трошоци. Иако првично не биле видливи проблеми за време на кратки проби, по неколку циклуси на... Сик епитаксија , на површината на плочката беа забележани случајни дупки и груби точки. Изворот на ваквите дефекти беше проследен до микрочестички емитирани од држачот или сусцепторот на графитот. Честичките би влегле во комората за раст и би дејствувале како семиња на непожелен начин. Нееднаквата густина на графитниот дел, исто така, би придонела за микропукнатини на површината на делот при загревање, што доведува до исфрлање на фини честички во комората со текот на времето, иако делот може да изгледа чист. Затоа, следењето на изворот на графит и неговата историја е рутинска задача во фабриките за да се избегнат дефекти поврзани со честичките. Графит со висока чистота со контролирана количина на пепел е генерално пожелен, особено за долгорочно производство. Исто така, се следи и броењето на термичките циклуси на деловите, бидејќи материјалите ќе исфрлат честички дури и по добри почетни обработки. Исто така, методот на одржување на графитните делови влијае на дефектите. На пример, агресивните процедури за чистење би ја оштетиле површината на графитот и би резултирале со микропукнатини. Преферираниот метод е благ, контролиран процес на чистење со минимална физичка интеракција со графитните делови. Од економски причини, замената на деловите порано од очекуваното може да биде подобра отколку справувањето со губење на приносот во подоцнежните фази. Накратко, контролата на генерирањето честички во типичен процес на SiC епитаксија се врти околу мали детали за квалитетот на материјалот и практиките на ракување. Прашањето за квалитетот на графитот е во срцето на проблемот.

Материјални барања за врвни епитаксијални делови и сусцептори од SiC

За SiC епитаксија, деловите во реакторот се повеќе од само „држење“ на плочката. Сусцепторите, графитните носачи и компонентите на топлите зони во реакторот директно влијаат на растот на кристалите. Затоа материјалите се многу барани и мала маана на крајот ќе се манифестира како дефект на плочката. Високата термичка стабилност е фундаментален услов. Деловите се загреваат на многу високи температури долго време (понекогаш повторувачки циклуси на загревање/ладење). Материјал кој не може да ја одржи стабилноста на овие температури ќе се деформира и на крајот може да пукне. Малите промени во геометријата можат значително да го променат протокот на гас и распределбата на топлината, што резултира со нерамномерен раст на кристалите на површината на плочката. Чистотата е уште еден критичен фактор. Високите SiC процеси бараат многу ниска содржина на метал и многу ниско ниво на пепел во компонентите базирани на графит. За време на работата, трагите на метали полека ќе се исцедат од деловите, загадувачите можат да дифундираат во комората и да резултираат со контаминација на честички или локални дефекти на кристалот. Во некои фабрики, случајна грешка во редењето е проследена до една серија контаминиран сусцептор. Структурата на површината е важен услов. Мазната и рамномерна површина ќе помогне да се намали исфрлањето на честички за време на циклусот на загревање/ладење. Нерамномерната површина, или порите во структурата на површината, континуирано ќе се распаѓаат за време на работата и на тој начин ќе генерираат постојан извор на честички во комората. Квалитетот на облогата е исто така уште еден суштински услов. Многу врвни сусцептори користат SiC облога како заштитен слој. Облогата мора добро да се прилепи на основниот материјал и мора да издржи продолжено работење. Лошото лепење и одлепувањето директно ќе го изложат основниот графит на суровата реакциска средина. Често го гледаме ова во реални апликации: на пример, фабрика за вафли што работи за долга производствена серија ќе забележи дека стапката на дефекти постојано се зголемува по стотици циклуси. Инспекцијата на сусцепторот ќе открие мало абење на облогата и ерозија на работ. Промената или замената на компонентата ќе ја врати стапката на дефекти на прифатливо ниво. Изборот на вистинските материјали не е само за почетните перформанси на компонентите, туку и за стабилноста на материјалот во повторени циклуси.

Влијание на структурата на зрната врз термичката стабилност во системите AIXTRON G10

Структурата на зрната на графитните компоненти во внатрешноста на SiC со висока температура Епитаксичен раст Систем, како што е AIXTRON G10, во голема мера влијае на термичката стабилност. Ова се однесува на димензионалните промени, задржувањето на обликот и одговорот на термичкото циклирање. Графитот не е монолитно цврсто тело. Тој се состои од бројни кристалити или зрна. Поединечните кристалити може да имаат различни ориентации. Кога има слаба контрола на големината на зрната во графитната компонента, се јавува нееднаква распределба на топлината. Областите на компонентата се загреваат и ладат со различна брзина. Ова создава внатрешен стрес на микро ниво. Полека со текот на времето, овој внатрешен стрес предизвикува искривување или дисторзија во делови како што се сусцепторот или носачот на плочката. Овој процес лесно се препознава за време на производството. Обично се појавува кога линијата на плочката работи на високи температури. Квалитетот на плочката почнува да се менува по стотици термички циклуси. Варијациите во дебелината се зголемуваат, а дефектите на рабовите почнуваат да се појавуваат поредовно. Откако ќе се испитаат овие делови, тие обично имаат знаци на искривување или замор на материјалот. Структурите со фино зрно со контролирана распределба на кристалитите ќе имаат многу подобра термичка стабилност од грубите зрна или случајните структури. Ова ќе резултира со порамномерен пренос на топлина и намалени локализирани точки на стрес. Со соодветна структура на зрната, деловите ќе бидат отпорни на искривување дури и во текот на стотици термички циклуси. Грубите структури или лошо распределените структури на зрната резултираат со слаби точки во делот, овозможувајќи микропукнатини и евентуално ослободување на честички во комората. Друго клучно прашање што треба да се земе предвид е отпорноста на термички шок. Постојат точки каде што делот претрпува значителна промена на температурата, како што е вчитувањето во реакторот или по отстранувањето. Ако има слаби граници помеѓу зрната, тогаш може да се формираат микропукнатини по линиите на зрната. Иако ова обично не резултира со дефект на делот, тоа дозволува овие слабости да се формираат во материјалот, што доведува до проблеми со сигурноста во иднина. Повеќето фабрики го следат животниот век на делот и според часовите што се користат, како и според бројот на термички циклуси и вкупната термичка обработка. Деловите со добро проектирана структура на зрната имаат подолг век на траење, поконзистентни резултати со текот на времето.

Намалување на металната контаминација во графитните компоненти со висока чистота

Еден од „невидливите“, но критични проблеми во кој било графитен дел, вклучително и во процесот на епитаксија од SiC, е металната контаминација. Дури и ситни траги од метали во графитниот дел можат да се пробијат во процесот и да станат извор на тешко пронаоѓачки дефекти во реактор за епитаксија од SiC како што е AIXTRON G10. Ваквите метали обично потекнуваат од суровините или од различните чекори на обработка вклучени во производството на графитната компонента. Елементи како железо, никел, калциум и натриум се вообичаени и остануваат заробени во најголемиот дел од графитот на собна температура, меѓутоа, на покачената температура на процесот што се користи во епитаксија од SiC, овие елементи може да станат подвижни. Овие траги од метали на крајот можат да се испуштат од гасови или да мигрираат на површината за време на повторени циклуси на загревање/ладење во топлата зона, имено сусцепторот или самиот носач на плочки. Типичен случај би бил ваков: фабрика започнува производствена серија користејќи нови графитни делови. Првите неколку плочки се во ред и не покажуваат дефекти, но по одреден период, почнуваат да се појавуваат мали дефекти. Тие обично се мали јами, случајни грешки во стекот или необјасниви настани на честички. Лесно е погрешно да се посомневаме за погрешен проток на гас или за контаминација за време на чистењето на комората. Но, деталната анализа често води кон бавно ослободување на траги од метали од графитните компоненти. Контролирањето на чистотата на графитот е еден од клучните фактори. За критичните компоненти, секогаш се претпочита графит прочистен на висока температура со ниска содржина на пепел. Овој чекор на прочистување ги отстранува поголемиот дел од металните остатоци. Таквиот графит може да ги држи елементите заробени подолго време дури и при повторени циклуси на загревање/ладење. Влезната инспекција на графитните делови е исто така многу важна во некои фабрики. Тестирањето на графитните серии со техники како што се ICP-OES или XRF може да спречи употреба на контаминирани делови. Исто така, може да спречи мешање на делови од различни извори во рамките на истиот процес. Облогите како што се SiC или TaC, исто така, помагаат да се реши проблемот со тоа што делуваат како бариера помеѓу графитниот дел и процесната средина. Доколку облогата е добро нанесена и врзана за основната графитна подлога, таа ќе ја намали интеракцијата на графитниот дел со процесната средина. Последно, но не и најмалку важно, е ракувањето и складирањето на графитните делови. Графитните делови можат да се контаминираат за време на ракувањето со валкани ракавици, инструменти или со складирање на нечиста полица. Оваа површинска контаминација потоа може да влезе во печката за време на циклусот на загревање. За да се намали металната контаминација на графитните делови, тоа е збир на многу мали напори. Потребен е материјал со висока чистота во комбинација со добра пракса за ракување и строга контрола на процесот.

Зошто Veeco EPIK системите бараат графитни материјали со ултра ниска порозност?

Графитните делови во платформата Veeco EPIK Systems се подложени на едни од најсуровите процесни услови во производството на полупроводници. Овие компоненти се соочуваат со услови на висока температура, агресивна гасна хемија и долги процесни циклуси. Графитот со ултра ниска порозност е затоа клучен за одржување на интегритетот и чистотата на SiC епитаксија. Порозноста се однесува на малите, внатрешни пори што постојат во самото графитно тело. И покрај совршено мазната површина, внатрешните пори можат да постојат заробувајќи ги процесните гасови, остатоците и хемијата за чистење. Високата порозност значи поголем внатрешен волумен за заробување, каде што по изложеност на висока температура, материјалот може полека да се дегазира. Ова дегазирање не е секогаш линеарно и може да доведе до пукање, што го отежнува контролирањето на процесот. Во SiC епитаксија, ова е особено штетно. Кога гасовите се ослободуваат од графитното тело, тие можат да се вклучат во протокот на гас во комората за епитаксија, придонесувајќи за несакани честички. Честичките ќе го најдат патот до површината на плочката, влијаејќи на растот на кристалите и може да доведат до неочекувани дефекти како што се случајни јами, груба површина или локални варијации во дебелината на плочката. Типичен сценарио што се среќава е на производствените рампи каде што чистата фабрика прима нови графитни делови за EPIK систем. Првичните резултати може да бидат прифатливи, но како што се повторуваат термичките циклуси, стапките на дефекти може да се зголемат, а инспекцијата на процесот, вклучувајќи ги гасоводите, вентилите и фазите на процесот на чистење, може да не открие ништо очигледно. Често се открива дека виновникот е графитот со ниска порозност во зоната со висока температура. Изборот на графит со ултра ниска порозност ефикасно го минимизира овој ризик со ограничување на внатрешните волумени во кои можат да бидат скриени заробените видови, минимизирајќи ја веројатноста за ненадејни ослободувања на гас кога се загрева. Исто така, е поврзан со подобар механички интегритет. Погустата структура на графитот со ултра ниска порозност обично нуди зголемена отпорност на пукање бидејќи графитот се подложува на повторени термички циклуси. Понатаму, површините со ниска порозност промовираат подобрен интегритет на облогата. Кога SiC или други огноотпорни материјали се обложени на овие графитни површини, тие добро се лепат на помалку порозна површина. Ова веројатно се должи на зголемената интимност на поврзувањето помеѓу обложениот материјал и графитот, што пак ја подобрува издржливоста и долговечноста на облогите и нивниот потенцијал за лупење или лупење. На крајот на краиштата, изборот на графит со ултра ниска порозност во сценарио за секојдневно производство, иако е материјална карактеристика, обезбедува многу директна корист во постигнувањето стабилни, чисти, предвидливи резултати од плочка во рамките на врвните процеси на епитаксија на SiC.