Неліктен жоғары тазалықтағы графит SiC эпитаксиясының ақауларын бақылау үшін маңызды?

Кремний карбиді (SiC) пластинасының сапасына өсу ортасындағы тіпті нәзік өзгерістер де әсер етеді. Көпшілік ескермейтін сала - реактордың графиті. Ол эпитаксия кезінде пластинаны ұстап тұрып, орналастырған кезде реактордың ішіндегі қарқынды жылудың сынағына төтеп береді. Егер графит лас немесе құрылымы біркелкі болмаса, өсу процесінде материалдың ұсақ бөліктері немесе қажетсіз реакция пайда болуы мүмкін. Графит бетіндегі ұсақ мәселелер пластинаның үлкен ақауларына айналуы мүмкін, бұл чип өндірушілері үшін көбірек жұмыс пен өнімділіктің төмендеуіне әкеледі. Осылайша, оның жағдайы мен тазалығы. Графитті сезгіш көпшілік ойлағаннан да маңызды мәселе.

Графит тазалығы эпитакси камераларындағы бөлшектер мәселесіне қалай әсер етеді?

Бөлшектер SiC эпитакси камераларында кең таралған пластина ақауы болып табылады және көбінесе процеске графит қатысады. Графит бөліктері SiC реакторының ыстық аймағында орналасады, пластинаны тасымалдайды және жылу контурларына әсер етеді. Тазалығы аз графитті қолданған кезде, металл ластаушылары, күл немесе процесс қалдықтары сияқты іздік қоспалар жоғары температурада өсу кезінде уақыт өте келе графиттен баяу шығарылуы мүмкін. Газданған қоспалар көбінесе камерада анықталмайды, бірақ олар ақырында пластина бетіне түседі немесе газ фазасының бөлігі болады. Мысалы, бір қолдануда зауыт шығындарды үнемдеу үшін төмен сапалы графитті таңдады. Бастапқыда қысқа мерзімді жұмыс кезінде ешқандай мәселе байқалмаса да, бірнеше циклден кейін... Sic эпитаксисі , пластина бетінде кездейсоқ түйреуіштер мен кедір-бұдыр дақтар байқалды. Мұндай ақаулардың көзі графит ұстағышынан немесе сусцептордан бөлінетін микробөлшектерден табылды. Бөлшектер өсу камерасына еніп, қажетсіз түрде тұқым ретінде әрекет етеді. Графит бөлігінің тығыздығының біркелкі болмауы қыздыру кезінде бөлшек бетінде микрожарықтардың пайда болуына ықпал етеді, бұл бөлшек таза болып көрінгенімен, уақыт өте келе камераға ұсақ бөлшектердің төгілуіне әкеледі. Осылайша, графит көзін және оның тарихын бақылау бөлшектерге байланысты ақауларды болдырмау үшін фабрикаларда күнделікті міндет болып табылады. Күл мөлшері бақыланатын жоғары тазалықтағы графит, әсіресе ұзақ мерзімді өндіріс үшін, әдетте қажет. Бөлшектердің жылу циклдерінің саны да бақыланады, себебі материалдар жақсы бастапқы өңдеуден кейін де бөлшектерді төгеді. Сондай-ақ, графит бөлшектеріне күтім жасау әдісі ақауларға әсер етеді. Мысалы, агрессивті тазалау процедуралары графит бетін зақымдап, микрожарықтарға әкеледі. Артықшылықты әдіс - графит бөліктерімен минималды физикалық өзара әрекеттесуі бар жұмсақ, бақыланатын тазалау процесі. Экономикалық себептерге байланысты, бөлшектерді күтілгеннен ертерек ауыстыру кейінгі кезеңдерде өнімділіктің төмендеуімен күресуден гөрі тиімдірек болуы мүмкін. Қысқаша айтқанда, әдеттегі SiC эпитакси процесінде бөлшектердің пайда болуын бақылау материал сапасы мен өңдеу тәжірибелеріне қатысты ұсақ-түйектерге байланысты. Графит сапасы мәселесі мәселенің өзегінде жатыр.

Жоғары сапалы SiC эпитаксиалды бөлшектері мен сусцепторларына қойылатын материалдық талаптар

SiC эпитаксиясы үшін реактордағы бөлшектер тек пластинаны «ұстап тұру» үшін ғана емес. Реактордағы сусепторлар, графит тасымалдаушылар және ыстық аймақ компоненттері кристалдардың өсуіне тікелей әсер етеді. Сондықтан материалдар өте талапшыл және шағын ақау ақырында пластинадағы ақау ретінде көрінеді. Жоғары термиялық тұрақтылық - негізгі талап. Бөлшектер ұзақ уақыт бойы өте жоғары температураға дейін қыздырылады (кейде қайталанатын қыздыру/салқындату циклдары). Бұл температурада тұрақтылықты сақтай алмайтын материал деформацияланады және ақырында жарылып кетуі мүмкін. Геометриядағы шамалы өзгерістер газ ағыны мен жылу таралуын айтарлықтай өзгертіп, пластина бетінде біркелкі емес кристалдардың өсуіне әкелуі мүмкін. Тазалық - тағы бір маңызды фактор. Жоғары сапалы SiC процестері графит негізіндегі компоненттерде өте төмен металл құрамын және өте төмен күл деңгейін қажет етеді. Жұмыс кезінде іздік металдар бөлшектерден баяу ағып кетеді, ластаушы заттар камераға диффузияланып, бөлшектердің ластануына немесе жергілікті кристалдық ақауларға әкелуі мүмкін. Кейбір фабрикаларда кездейсоқ қабаттасу ақауы ластанған сусептордың бір партиясына байланысты болды. Беткі құрылым маңызды талап болып табылады. Тегіс және біркелкі бет қыздыру/салқындату циклі кезінде бөлшектердің төгілуін азайтуға көмектеседі. Біркелкі емес бет немесе беттік құрылымдағы тесіктер жұмыс кезінде үздіксіз ыдырайды және осылайша камераға бөлшектердің тұрақты көзін тудырады. Қаптама сапасы да тағы бір маңызды талап болып табылады. Көптеген жоғары сапалы сусцепторлар қорғаныс қабаты ретінде SiC жабынын пайдаланады. Қаптама негізгі материалға жақсы жабысып, ұзақ уақыт жұмыс істеуге төтеп беруі керек. Нашар байланыс және ламинация негізгі графитті тікелей қатал реакция ортасына ұшыратады. Біз мұны нақты қолданбаларда жиі көреміз: мысалы, ұзақ өндірістік партиямен жұмыс істейтін пластина фабрикасы жүздеген циклден кейін ақау жылдамдығының тұрақты түрде артатынын байқайды. Сусцепторды тексеру жабынның аздап тозуын және жиек эрозиясын анықтайды. Компонентті ауыстыру немесе ауыстыру ақау жылдамдығын қолайлы деңгейге қайтарады. Дұрыс материалдарды таңдау тек компоненттердің бастапқы өнімділігі ғана емес, сонымен қатар қайталанатын циклдердегі материалдың тұрақтылығы туралы.

AIXTRON G10 жүйелеріндегі дән құрылымының термиялық тұрақтылыққа әсері

Жоғары температуралы SiC ішіндегі графит компоненттерінің түйіршікті құрылымы Эпитаксияның өсуі AIXTRON G10 сияқты жүйе термиялық тұрақтылыққа қатты әсер етеді. Бұл өлшемдердің өзгеруіне, пішіннің сақталуына және термиялық циклге реакцияға қатысты. Графит монолитті қатты зат емес. Ол көптеген кристаллиттерден немесе түйіршіктерден тұрады. Жеке кристаллиттердің бағыттары әртүрлі болуы мүмкін. Графит компонентіндегі түйіршік өлшемін бақылау нашар болған кезде жылудың біркелкі емес таралуы пайда болады. Компоненттің аймақтары әртүрлі жылдамдықпен қызады және суыйды. Бұл микро деңгейде ішкі кернеу тудырады. Уақыт өте келе бұл ішкі кернеу сусцептор немесе пластина тасымалдаушысы сияқты бөліктерде деформация немесе бұрмалану тудырады. Бұл процесс өндіріс кезінде оңай анықталады. Әдетте пластина желісі жоғары температурада жұмыс істеген кезде пайда болады. Пластинаның сапасы жүздеген термиялық циклдерден кейін өзгере бастайды. Қалыңдығының ауытқулары артады және жиек ақаулары жиі пайда бола бастайды. Бұл бөлшектер тексерілгеннен кейін оларда әдетте деформация немесе материалдың шаршау белгілері болады. Бақыланатын кристаллит таралуы бар ұсақ түйіршікті құрылымдар ірі түйіршіктерге немесе кездейсоқ құрылымдарға қарағанда әлдеқайда жақсы термиялық тұрақтылыққа ие болады. Бұл жылудың біркелкі берілуіне және локализацияланған кернеу нүктелерінің азаюына әкеледі. Тиісті түйіршік құрылымымен бөлшектер жүздеген термиялық циклдарда да деформацияға төтеп береді. Дөрекі құрылымдар немесе нашар таралған түйіршік құрылымдары бөлшектің ішінде әлсіз нүктелердің пайда болуына әкеледі, бұл микрожарықтардың пайда болуына және бөлшектердің камераға шығуына мүмкіндік береді. Ескеретін тағы бір маңызды мәселе - термиялық соққыға төзімділік. Бөлшек реакторға тиеу немесе алып тастау кезінде температураның айтарлықтай өзгеруіне ұшырайтын нүктелер бар. Егер түйіршіктер арасында әлсіз шекаралар болса, түйіршік сызықтары бойымен микрожарықтар пайда болуы мүмкін. Бұл әдетте бөлшектің істен шығуына әкелмесе де, материалда бұл әлсіздіктердің пайда болуына мүмкіндік береді, бұл болашақта сенімділік мәселелеріне әкеледі. Көптеген фабрикалар бөлшектің қызмет ету мерзімін пайдаланылған сағаттар бойынша да, термиялық циклдар саны мен жалпы термиялық өңдеу бойынша да бақылайды. Жақсы жасалған түйіршік құрылымы бар бөлшектер ұзақ қызмет етеді, уақыт өте келе тұрақты нәтижелерге ие.

Жоғары тазалықтағы графит компоненттеріндегі металл ластануын азайту

Кез келген графит бөлігіндегі, соның ішінде SiC эпитаксия процесіндегі «көрінбейтін», бірақ маңызды мәселелердің бірі - металл ластануы. Графит бөлігіндегі металдардың тіпті ұсақ іздері де процеске сіңіп, AIXTRON G10 сияқты SiC эпитаксия реакторындағы байқалуы қиын ақаулардың көзіне айналуы мүмкін. Мұндай металдар әдетте шикізаттан немесе графит компонентін өндіруге қатысатын әртүрлі өңдеу кезеңдерінен алынады. Темір, никель, кальций және натрий сияқты элементтер жиі кездеседі және бөлме температурасында графиттің негізгі бөлігінде қалып қояды, дегенмен, SiC эпитаксиясында қолданылатын жоғары температурада бұл элементтер қозғалмалы болуы мүмкін. Бұл із металдары ақырында ыстық аймақта, атап айтқанда, сусцепторда немесе пластина тасымалдаушысында қайталанатын қыздыру/салқындату циклдары кезінде газдануы немесе бетіне шығуы мүмкін. Әдеттегі жағдай келесідей болады: фабрика жаңа графит бөлшектерін пайдаланып өндіріс партиясын бастайды. Алғашқы бірнеше пластиналар жақсы және ешқандай ақаулар көрсетпейді, бірақ белгілі бір уақыттан кейін шағын ақаулар пайда бола бастайды. Олар әдетте кішкентай шұңқырлар, кездейсоқ стек ақаулары немесе түсіндірілмейтін бөлшектер оқиғалары болып табылады. Камераны тазалау кезінде газ ағынының дұрыс емес болуына немесе ластану оқиғасына қате күдіктену оңай. Бірақ егжей-тегжейлі талдау көбінесе графит компоненттерінен іздік металдардың баяу бөлінуіне әкеледі. Графиттің тазалығын бақылау - кілттердің бірі. Маңызды компоненттер үшін күл мөлшері аз жоғары температурада тазартылған графит әрқашан қолайлы. Бұл тазарту қадамы металл қалдықтарының көп бөлігін жояды. Мұндай графит элементтерді қайталанатын қыздыру/салқындату циклдерінде де ұзақ уақыт бойы ұстап тұра алады. Графит бөлшектерін кіріс тексеру кейбір фабрикаларда да өте маңызды. Графит партияларын ICP-OES немесе XRF сияқты әдістермен сынау ластанған бөлшектерді пайдаланудың алдын алады. Сондай-ақ, бір процесс ағынында әртүрлі көздерден алынған бөлшектерді араластырудың алдын алуы мүмкін. SiC немесе TaC сияқты жабындар да графит бөлігі мен процесс ортасы арасындағы кедергі ретінде әрекет ету арқылы мәселені шешуге көмектеседі. Жабын жақсы тұндырылып, астыңғы графит негізіне жабыстырылғанша, ол графит бөлігінің процесс ортасымен өзара әрекеттесуін азайтады. Соңғы, бірақ маңыздысы - графит бөлшектерін өңдеу және сақтау. Графит бөлшектері лас қолғаппен, құралдармен жұмыс істегенде немесе лас сөреде сақталған кезде ластануы мүмкін. Бұл беткі ластану қыздыру циклі кезінде пешке түсуі мүмкін. Графит бөлшектерінің металл ластануын азайту үшін бұл көптеген шағын күш-жігердің қосындысы. Жақсы өңдеу тәжірибесімен және процесті қатаң бақылаумен үйлескен жоғары тазалықтағы материал қажет.

Неліктен Veeco EPIK жүйелері өте төмен кеуекті графит материалдарын қажет етеді?

Veeco EPIK Systems платформасындағы графит бөлшектері жартылай өткізгіш өндірісіндегі ең қатал технологиялық жағдайлардың біріне ұшырайды. Бұл компоненттер жоғары температура, агрессивті газ химиясы және ұзақ технологиялық циклдер жағдайларын бастан кешіреді. Сондықтан ультра төмен кеуекті графит SiC эпитаксиясының тұтастығы мен тазалығын сақтау үшін өте маңызды. Кеуектілік графит денесінің өзінде болатын кішкентай, ішкі тесіктерді білдіреді. Мінсіз тегіс бетке қарамастан, ішкі тесіктер процесс газдарын, қалдықтарын және тазалау химиясын ұстап қалуы мүмкін. Жоғары кеуектілік ұстап алу үшін көбірек ішкі көлемді білдіреді, мұнда жоғары температура әсерінен кейін материалды баяу газсыздандыруға болады. Бұл газсыздандыру әрқашан сызықтық емес және жарылыстарға әкелуі мүмкін, бұл процесті бақылауды қиындатады. SiC эпитаксиясында бұл әсіресе зиянды. Графит денесінен газдар бөлінген кезде, олар эпитаксия камерасындағы газ ағынына еніп, қажетсіз бөлшектердің пайда болуына ықпал етуі мүмкін. Бөлшектер пластина бетіне түсіп, кристалдардың өсуіне әсер етеді және кездейсоқ шұңқырлар, беттің кедір-бұдырлығы немесе пластина қалыңдығының жергілікті ауытқулары сияқты күтпеген ақауларға әкелуі мүмкін. Әдеттегі жағдай - таза фабрика EPIK жүйесі үшін жаңа графит бөлшектерін алатын өндірістік пандустарда кездеседі. Бастапқы нәтижелер қолайлы болуы мүмкін, дегенмен термиялық циклдар қайталанған сайын ақаулар жиілеп кетуі мүмкін және газ құбырларын, клапандарды және тазалау процесінің сатыларын қоса алғанда, технологиялық желіні тексеру ешқандай айқын ештеңені көрсетпеуі мүмкін. Көбінесе кінәлі жоғары температура аймағындағы төмен кеуекті графит екені анықталады. Өте төмен кеуекті графитті таңдау бұл қауіпті тиімді түрде азайтады, бұл тұзаққа түскен түрлердің жасырынуы мүмкін ішкі көлемдерді шектейді, қыздырылған кезде кенеттен газдың бөліну ықтималдығын азайтады. Бұл сондай-ақ механикалық тұтастықтың жақсаруымен байланысты. Өте төмен кеуекті графиттің тығыз құрылымы әдетте графит қайталанатын термиялық циклден өткен кезде жарылуға төзімділікті арттырады. Сонымен қатар, төмен кеуекті беттер жабынның тұтастығын жақсартуға ықпал етеді. SiC2 немесе басқа отқа төзімді материалдар осы графит беттеріне жабылған кезде, олар аз кеуекті бетке жақсы жабысады. Бұл, бәлкім, жабынды материал мен графит арасындағы байланыстың тығыздығының артуына байланысты, бұл өз кезегінде жабындардың беріктігі мен ұзақ мерзімділігін және олардың қабыршақтану немесе қабыршақтану мүмкіндігін арттырады. Сайып келгенде, күнделікті өндіріс сценарийінде ультра төмен кеуекті графитті таңдау материалдық қасиет болғанымен, жоғары деңгейлі SiC эпитакси процестерінде тұрақты, таза, болжамды пластина нәтижелеріне қол жеткізуде тікелей пайда әкеледі.