Waarom hoë-suiwerheid grafiet krities is vir SiC epitakse defekbeheer

Die kwaliteit van die silikonkarbied (SiC) wafer wat vervaardig word, word selfs deur subtiele veranderinge in die groeiomgewing beïnvloed. 'n Gebied wat baie nie in ag neem nie, is die grafiet wat die reaktor beklee. Dit weerstaan ​​die toets van die intense hitte wat binne die reaktor gevind word terwyl dit die wafer tydens epitakse ondersteun en posisioneer. As die grafiet onsuiwer of onreëlmatig gestruktureer is, kan klein stukkies materiaal of 'n ongewenste reaksie tydens die groeiproses neergelê word. Klein probleme op die grafietoppervlak kan in groot waferdefekte ontwikkel, wat meer werk en laer opbrengste vir skyfievervaardigers tot gevolg het. Dus die toestand en netheid van die Grafiet-susseptor is 'n belangriker kwessie as wat die meeste sou dink.

Hoe beïnvloed grafietsuiwerheid deeltjieprobleme in epitaksiekamers?

Deeltjies is 'n deurdringende waferdefek in SiC-epitaksiekamers en betrek gereeld grafiet in die proses. Die grafietdele is in die warm sone van die SiC-reaktor, dra die wafer en beïnvloed die termiese kontoere. Met die gebruik van minder suiwer grafiet kan spooronsuiwerhede, soos metaalkontaminante, as of prosesresidue, stadig oor tyd uit die grafiet ontgas tydens hoëtemperatuurgroei. Die afgegasde onsuiwerhede is dikwels onopspoorbaar in die kamer, maar hulle land uiteindelik op die waferoppervlak of word deel van die gasfase. Byvoorbeeld, in een toepassing het 'n fabriek gekies vir 'n laergraadgrafiet vir kostebesparing. Alhoewel daar aanvanklik geen probleme tydens kort lopies sigbaar was nie, na verskeie siklusse van Sic epitaksie , lukrake gaatjies en growwe kolle is op die waferoppervlak waargeneem. Die bron van sulke defekte is teruggevoer na mikrodeeltjies wat uit die grafiethouer of -susseptor vrygestel word. Die deeltjies sou die groeikamer binnedring en op 'n ongewenste wyse as sade optree. Ongelyke digtheid van die grafietonderdeel sou ook bydra tot mikrokrake op die onderdeeloppervlak tydens verhitting, wat lei tot die afgiet van fyn deeltjies mettertyd in die kamer, al lyk die onderdeel skoon. Dus is die monitering van die bron van grafiet en die geskiedenis daarvan 'n roetinetaak in fabrieke om deeltjieverwante defekte te vermy. 'n Hoë suiwerheid grafiet met 'n beheerde hoeveelheid as is oor die algemeen wenslik, veral vir langtermynproduksies. 'n Telling van termiese siklusse van onderdele word ook gemonitor, aangesien materiale deeltjies sal afgiet selfs na goeie aanvanklike verwerking. Ook die onderhoudsmetode vir grafietonderdele beïnvloed defekte. Byvoorbeeld, aggressiewe skoonmaakprosedures sou die grafietoppervlak beskadig en tot mikrokrake lei. Die voorkeurmetode is 'n sagte, beheerde skoonmaakproses met minimale fisiese interaksie met die grafietonderdele. Om ekonomiese redes kan dit beter wees om die onderdele vroeër as verwag te vervang as om opbrengsverlies in latere stadiums te hanteer. Kortliks, die beheer van deeltjiegenerering in 'n tipiese SiC-epitaksieproses draai om klein besonderhede oor materiaalkwaliteit en hanteringspraktyke. Die kwessie van grafietkwaliteit is die kern van die saak.

Materiaalvereistes vir hoë-end SiC epitaksiale onderdele en susceptors

Vir SiC-epitaksie is die dele in die reaktor meer as net om die wafer te "vashou". Susseptors, grafietdraers en warmsone-komponente in die reaktor beïnvloed kristalgroei direk. Dit is hoekom die materiale baie veeleisend is en 'n klein foutjie sal uiteindelik as 'n defek op die wafer manifesteer. Hoë termiese stabiliteit is 'n fundamentele vereiste. Die dele word vir 'n lang tyd tot baie hoë temperature verhit (soms herhaalde verhittings-/verkoelingsiklusse). 'n Materiaal wat nie stabiliteit by hierdie temperature kan handhaaf nie, sal vervorm en kan uiteindelik kraak. Geringe veranderinge in geometrie kan gasvloei en hitteverspreiding aansienlik verander, wat lei tot nie-uniforme kristalgroei op die waferoppervlak. Suiwerheid is nog 'n kritieke faktor. Hoë-end SiC-prosesse vereis 'n baie lae metaalinhoud en 'n baie lae asvlak in grafietgebaseerde komponente. Tydens werking sal die spoormetale stadig uit die dele loog, die kontaminante kan in die kamer diffundeer en lei tot deeltjiekontaminasie of plaaslike kristaldefekte. In sommige fabrieke is ewekansige stapelfout teruggevoer na 'n enkele bondel besmette susseptor. Oppervlakstruktuur is 'n belangrike vereiste. 'n Gladde en egalige oppervlak sal help om die afval van deeltjies tydens die verhittings-/verkoelingsiklus te verminder. 'n Nie-uniforme oppervlak, of porieë binne die oppervlakstruktuur, sal voortdurend afbreek tydens werking en dus 'n bestendige bron van deeltjies in die kamer genereer. Die kwaliteit van die deklaag is ook 'n ander noodsaaklike vereiste. Baie hoë-end susceptors gebruik SiC-deklaag as 'n beskermende laag. Die deklaag moet goed aan die basismateriaal kleef en moet langdurige werking weerstaan. Swak binding en delaminering sal die basisgrafiet direk blootstel aan die strawwe reaksieomgewing. Ons sien dit dikwels in werklike toepassings: byvoorbeeld, 'n waferfabriek wat vir lang produksielote loop, sal waarneem dat die defekkoers bestendig styg na honderde siklusse. Inspeksie van die susceptor sal 'n effense slytasie van die deklaag en randerosie openbaar. Die verandering of vervanging van die komponent sal die defekkoers na 'n aanvaarbare vlak terugbring. Die keuse van die regte materiale gaan nie net oor die aanvanklike werkverrigting van die komponente nie, maar ook oor die stabiliteit van die materiaal in herhaalde siklusse.

Effekte van korrelstruktuur op termiese stabiliteit in AIXTRON G10-stelsels

Die korrelstruktuur van grafietkomponente binne 'n hoëtemperatuur-SiC Epitaksiese groei stelsel, soos 'n AIXTRON G10, het 'n groot impak op termiese stabiliteit. Dit hou verband met dimensionele veranderinge, vormbehoud en reaksie op termiese siklusse. Grafiet is nie 'n monolitiese vaste stof nie. Dit bestaan ​​uit talle kristalliete of korrels. Die individuele kristalliete kan verskillende oriëntasies hê. Wanneer daar swak beheer oor korrelgrootte binne die grafietkomponent is, ontstaan ​​​​ongelyke hitteverspreiding. Areas van die komponent verhit en koel teen verskillende tempo's af. Dit skep interne spanning op 'n mikrovlak. Stadig met verloop van tyd veroorsaak hierdie interne spanning kromtrekking of vervorming in dele soos die susceptor of die waferdraer. Hierdie proses is maklik identifiseerbaar tydens produksie. Dit verskyn tipies wanneer die waferlyn teen hoë temperature werk. Die waferkwaliteit begin afdryf na honderde termiese siklusse. Variasies in dikte neem toe, en randdefekte begin meer gereeld na vore kom. Sodra hierdie dele ondersoek word, het hulle gewoonlik tekens van kromtrekking of materiaalmoegheid. Fynkorrelstrukture met beheerde kristallietverspreiding sal baie beter termiese stabiliteit hê as growwe korrels of ewekansige strukture. Dit sal lei tot meer egalige hitte-oordrag en verminderde gelokaliseerde spanningspunte. Met 'n behoorlike korrelstruktuur sal die onderdele weerstand bied teen kromtrekking, selfs oor honderde termiese siklusse. Growwe strukture of swak verspreide korrelstrukture lei tot swak kolle binne die onderdeel, wat mikroskeurvorming en uiteindelike vrystelling van deeltjies in die kamer toelaat. Nog 'n belangrike kwessie om te oorweeg, is weerstand teen termiese skok. Daar is punte waar die onderdeel beduidende temperatuurverandering ondergaan, soos tydens laai in die reaktor of tydens verwydering. As daar swak grense tussen korrels is, kan mikroskeurvorming langs die korrellyne vorm. Alhoewel dit nie tipies tot onderdeelversaking lei nie, laat dit hierdie swakhede toe om in die materiaal te vorm, wat lei tot toekomstige betroubaarheidsprobleme. Die meeste fabrieke hou die lewensduur van die onderdeel dop volgens beide die ure wat gebruik word, die aantal termiese siklusse en totale hittebehandeling. Die onderdele met 'n goed ontwerpte korrelstruktuur het 'n langer lewensduur en meer konsekwente resultate oor tyd.

Vermindering van metaalbesoedeling in hoë-suiwerheid grafietkomponente

Een van die "ongesiene" maar kritieke probleme in enige grafietonderdeel, insluitend in die SiC-epitaksieproses, is die metaalkontaminasie. Selfs klein spore van metale in 'n grafietonderdeel kan in die proses insypel en 'n bron van moeilik opspoorbare defekte in 'n SiC-epitaksiereaktor soos die AIXTRON G10 word. Sulke metale is gewoonlik afkomstig van die grondstowwe of die verskillende verwerkingsstappe wat betrokke is by die vervaardiging van die grafietkomponent. Elemente soos yster, nikkel, kalsium en natrium is algemeen en bly vasgevang in die grootste deel van die grafiet by kamertemperatuur, maar by die verhoogde prosestemperatuur wat in SiC-epitaksie gebruik word, kan hierdie elemente mobiel word. Hierdie spoormetale kan uiteindelik uitgegas word of na die oppervlak migreer tydens herhaalde verhittings-/verkoelingsiklusse in die warm sone, naamlik die susceptor of die waferdraer self. 'n Tipiese geval sou soos volg wees: 'n fabriek begin 'n produksielot met nuwe grafietonderdele. Die eerste paar wafers is oukei en toon geen defekte nie, maar na 'n sekere tydperk begin klein defekte verskyn. Dit is gewoonlik klein putjies, ewekansige stapelfoute of onverklaarbare deeltjiegebeurtenisse. Dit is maklik om verkeerdelik 'n verkeerde gasvloei of 'n kontaminasiegebeurtenis tydens die skoonmaak van die kamer te vermoed. Maar gedetailleerde analise lei dikwels terug na die stadige vrystelling van spoormetale uit grafietkomponente. Die beheer van die suiwerheid van grafiet is een van die sleutels. Vir kritieke komponente word hoëtemperatuur-gesuiwerde grafiet met 'n lae asinhoud altyd verkies. Hierdie suiweringstap verwyder die meerderheid van die metaalresidu. Sulke grafiet kan die elemente vir 'n langer tyd vasgevang hou, selfs onder herhaalde verhittings-/verkoelingsiklusse. Die inkomende inspeksie van grafietonderdele is ook baie belangrik in sommige fabrieke. Die toets van die grafietbondels met tegnieke soos ICP-OES of XRF kan die gebruik van besmette onderdele voorkom. Dit kan ook verhoed dat onderdele van verskillende bronne binne dieselfde prosesvloei vermeng word. Bedekkings soos SiC of TaC help ook om die probleem op te los deur as 'n versperring tussen die grafietonderdeel en die prosesomgewing op te tree. Solank die bedekking goed neergelê en gebind is aan die onderliggende grafietsubstraat, sal dit die interaksie van die grafietonderdeel met die prosesomgewing verminder. Laastens, maar nie die minste nie, is die hantering en berging van die grafietonderdele. Grafietonderdele kan besoedel word tydens hantering met vuil handskoene, instrumente of deur op 'n vuil rak gestoor te word. Hierdie oppervlakbesoedeling kan dan tydens die verhittingsiklus in die oond beland. Om metaalbesoedeling van grafietonderdele te verminder, is dit 'n som van baie klein pogings. 'n Hoë suiwer materiaal gekombineer met goeie hanteringspraktyke en streng prosesbeheer is nodig.

Waarom vereis Veeco EPIK-stelsels grafietmateriale met ultra-lae porositeit?

Grafietonderdele binne die Veeco EPIK Systems-platform ondergaan een van die moeilikste prosestoestande in halfgeleiervervaardiging. Hierdie komponente ervaar toestande van hoë temperatuur, aggressiewe gaschemie en lang prosessiklusse. Ultra lae porositeit grafiet is dus van kritieke belang om SiC-epitaksie-integriteit en skoonheid te handhaaf. Porositeit verwys na die klein, interne porieë wat binne die grafietliggaam self bestaan. Ten spyte van 'n perfek gladde oppervlak, kan interne porieë bestaan ​​wat prosesgasse, residue en skoonmaakchemie vasvang. Hoë porositeit beteken meer interne volume vir vasvang, waar materiaal na hoë temperatuur blootstelling stadig ontgas kan word. Hierdie ontgassing is nie altyd lineêr nie en kan lei tot barste, wat die proses moeilik maak om te beheer. In SiC-epitaksie is dit veral nadelig. Wanneer gasse uit die grafietliggaam vrygestel word, kan hulle in die gasvloei binne die epitaksiekamer opgeneem word, wat bydra tot ongewenste deeltjies. Deeltjies sal hul pad na die waferoppervlak vind, wat 'n impak op kristalgroei het en kan lei tot onverwagte defekte soos ewekansige putte, oppervlakruf of plaaslike variasies in waferdikte. 'n Tipiese scenario wat teëgekom word, is in produksierampe waar 'n skoon fabriek nuwe grafietonderdele vir 'n EPIK-stelsel ontvang. Aanvanklike resultate mag aanvaarbaar wees, maar soos die termiese siklusse herhaal, kan die defekkoerse styg en inspeksie van die prosestrein, insluitend gaslyne, kleppe en skoonmaakprosesfases, mag niks voor die hand liggend openbaar nie. Dikwels word dit onthul dat die skuldige die lae-porositeit grafiet binne die hoëtemperatuursone is. Die keuse van ultra-lae-porositeit grafiet verminder hierdie risiko effektief deur die interne volumes waarin vasgevangde spesies versteek kan word, te beperk, wat die waarskynlikheid van skielike gasvrystellings wanneer dit verhit word, verminder. Dit word ook geassosieer met beter meganiese integriteit. Die digter struktuur van ultra-lae-porositeit grafiet bied tipies verhoogde weerstand teen krake namate die grafiet herhaalde termiese siklusse ondergaan. Verder bevorder lae-porositeit oppervlaktes verbeterde bedekkingsintegriteit. Wanneer SiC of ander vuurvaste materiale op hierdie grafietoppervlaktes bedek word, kleef hulle goed aan 'n minder poreuse oppervlak. Dit is waarskynlik te wyte aan die verhoogde intimiteit van die binding tussen die bedekte materiaal en die grafiet, wat weer die duursaamheid en langlewendheid van die bedekkings en hul potensiaal om af te skilfer of te vlok, verbeter. Uiteindelik bied die keuse van ultra-lae porositeit grafiet in 'n daaglikse vervaardigingscenario, terwyl dit 'n materiaaleienskap is, 'n baie direkte voordeel in die bereiking van stabiele, skoon, voorspelbare waferresultate binne hoë-end SiC-epitaksieprosesse.