Wêrom't grafyt mei hege suverens kritysk is foar kontrôle fan SiC-epitaksydefekten

De kwaliteit fan 'e produsearre silisiumkarbide (SiC) wafer wurdt beynfloede troch sels subtile feroarings yn 'e groeiomjouwing. In gebiet dat in protte net beskôgje is it grafyt dat de reaktor beklaait. It hâldt de test fan 'e intense waarmte dy't yn' e reaktor fûn wurdt, wylst it de wafer stipet en posysjonearret tidens epitaksy. As it grafyt ûnrein is of unregelmjittich strukturearre is, kinne lytse stikken materiaal of in net winske reaksje ôfset wurde tidens it groeiproses. Lytse problemen op it oerflak fan it grafyt kinne útgroeie ta grutte waferdefekten, wat resulteart yn mear wurk en legere opbringsten foar chipfabrikanten. Sadwaande binne de tastân en skjinens fan 'e Grafyt-susceptor is in wichtiger probleem as de measten oannimme soene.

Hoe beynfloedet grafytsuverens dieltsjeproblemen yn epitaksykeamers?

Dieltsjes binne in wiidferspraat waferdefekt yn SiC-epitaksykeamers, en belûke faak grafyt by it proses. De grafytdielen sitte yn 'e hjitte sône fan' e SiC-reaktor, drage de wafer en beynfloedzje de termyske kontoeren. Mei it brûken fan minder suver grafyt kinne spoaren fan ûnreinheden, lykas metalen fersmoarging, jiske, of prosesresten, stadichoan út it grafyt ûntgassen yn 'e rin fan' e tiid tidens groei by hege temperatuer. De ûntgassen ûnreinheden binne faak net te detektearjen yn 'e keamer, mar se lânje úteinlik op it waferoerflak, of wurde diel fan' e gasfaze. Bygelyks, yn ien tapassing keas in fabryk foar in legere kwaliteit grafyt foar kostenbesparring. Hoewol yn earste ynstânsje gjin problemen sichtber wiene tidens koarte runs, nei ferskate syklusen fan Sic epitaksy , willekeurige gaatjes en rûge plakken waarden waarnommen op it waferoerflak. De boarne fan sokke defekten waard weromfierd nei mikrodieltsjes dy't út 'e grafythâlder of susceptor waarden útstjoerd. De dieltsjes soene de groeikeamer yngean en op in net winske manier as siedden fungearje. Uneven tichtheid fan it grafytûnderdiel soe ek bydrage oan mikroskea op it ûnderdieloerflak by ferwaarming, wat liede soe ta it ôfstjitten fan fyn dieltsjes yn 'e keamer oer tiid, sels as it ûnderdiel skjin liket. Dêrom is it kontrolearjen fan 'e boarne fan grafyt en syn skiednis in routinetaak yn fabriken om dieltsje-relatearre defekten te foarkommen. In grafyt mei hege suverens mei in kontroleare hoemannichte jiske is oer it algemien winsklik, foaral foar produksjes op lange termyn. In telling fan termyske syklusen fan ûnderdielen wurdt ek kontroleare, om't materialen dieltsjes sille ôfstjitte, sels nei goede earste ferwurkingen. Ek beynfloedet de ûnderhâldsmetoade foar grafytûnderdielen defekten. Bygelyks, agressive skjinmeitsprosedueres soene it grafytoerflak beskeadigje en resultearje yn mikroskea. De foarkarsmetoade is in myld, kontroleare skjinmeitsproses mei minimale fysike ynteraksje mei de grafytûnderdielen. Om ekonomyske redenen kin it earder ferfangen fan ûnderdielen as ferwachte better wêze as it omgean mei opbringstferlies yn lettere stadia. Koartsein, de kontrôle fan dieltsjegeneraasje yn in typysk SiC-epitaxyproses draait om lytse details oer materiaalkwaliteit en ôfhannelingspraktiken. De kwestje fan grafytkwaliteit stiet sintraal yn 'e saak.

Materiaal easken foar high-end SiC epitaksiale ûnderdielen en susceptors

Foar SiC-epitaxy binne de ûnderdielen yn 'e reaktor mear as allinich om de wafer te 'hâlden'. Susceptors, grafytdragers en hotzone-komponinten yn 'e reaktor beynfloedzje direkt de kristalgroei. Dêrom binne de materialen tige easken en sil in lytse defekt úteinlik manifestearje as in defekt op 'e wafer. Hege termyske stabiliteit is in fûnemintele eask. De ûnderdielen wurde lange tiid ferwaarme ta tige hege temperatueren (soms werhelle ferwaarmings-/koelsyklusen). In materiaal dat gjin stabiliteit by dizze temperatueren kin behâlde, sil ferfoarmje en kin úteinlik barste. Lytse feroarings yn geometry kinne de gasstream en waarmteferdieling signifikant feroarje, wat resulteart yn net-unifoarme kristalgroei op it waferoerflak. Suverens is in oare krityske faktor. High-end SiC-prosessen fereaskje in tige leech metaalgehalte en in tige leech jiskenivo yn grafytbasearre komponinten. Tidens operaasje sille de spoarmetalen stadich út 'e ûnderdielen lekke, de fersmoarging kin yn 'e keamer diffundearje en resultearje yn dieltsjefersmoarging of lokale kristaldefekten. Yn guon fabriken is in willekeurige stapelfouten weromfierd nei in inkele partij fersmoarge susceptor. Oerflakstruktuer is in wichtige eask. In glêd en effen oerflak sil helpe om it ôfstjitten fan dieltsjes tidens de ferwaarmings-/koelsyklus te ferminderjen. In net-unifoarm oerflak, of poaren yn 'e oerflakstruktuer, sil kontinu ôfbrekke tidens operaasje en sa in stabile boarne fan dieltsjes yn 'e keamer generearje. De kwaliteit fan 'e coating is ek in oare essensjele eask. In protte high-end susceptors brûke SiC-coating as in beskermjende laach. De coating moat goed oan it basismateriaal hechte en moat langdurige operaasje wjerstean. Minne bonding en delaminaasje sille de basisgrafyt direkt bleatstelle oan 'e hurde reaksjeomjouwing. Wy sjogge dit faak yn echte tapassingen: bygelyks, in waferfabryk dy't rint foar lange produksjebatches sil observearje dat it defektpersintaazje stadichoan omheech giet nei hûnderten syklusen. Ynspeksje fan 'e susceptor sil in lichte slijtage fan' e coating en râne-eroazje sjen litte. It feroarjen of ferfangen fan it komponint sil it defektpersintaazje werombringe nei in akseptabel nivo. It kiezen fan 'e juste materialen giet net allinich oer de earste prestaasjes fan' e komponinten, mar de stabiliteit fan it materiaal yn werhelle syklusen.

Effekten fan 'e nôtstruktuer op termyske stabiliteit yn AIXTRON G10-systemen

De nôtstruktuer fan grafytkomponinten yn in hege-temperatuer SiC Epitaksygroei systeem, lykas in AIXTRON G10, hat in grutte ynfloed op termyske stabiliteit. Dit hat te krijen mei dimensjonele feroarings, foarmbehâld en reaksje op termyske syklussen. Grafyt is gjin monolityske fêste stof. It bestiet út ferskate kristalliten of kerrels. De yndividuele kristalliten kinne ferskillende oriïntaasjes hawwe. As der minne kontrôle is oer de kerrelgrutte binnen de grafytkomponint, ûntstiet ûngelikense waarmteferdieling. Gebieten fan 'e komponint waarmje op en koelje ôf mei ferskillende snelheden. Dit makket ynterne spanning op mikronivo. Stadichoan feroarsaket dizze ynterne spanning ferfoarming of ferfoarming yn ûnderdielen lykas de susceptor of de waferdrager. Dit proses is maklik te identifisearjen tidens produksje. It ferskynt typysk as de waferline op hege temperatueren wurket. De waferkwaliteit begjint te driuwen nei hûnderten termyske syklusen. Fariaasjes yn dikte nimme ta, en rânedefekten begjinne regelmjittiger te ferskinen. Sadree't dizze ûnderdielen ûndersocht binne, hawwe se meastentiids tekens fan ferfoarming of materiaalwurgens. Fynkerrelstrukturen mei kontroleare kristallytferdieling sille folle bettere termyske stabiliteit hawwe as rûge kerrels of willekeurige struktueren. Dit sil resultearje yn in mear evenredige waarmte-oerdracht en fermindere lokalisearre spanningspunten. Mei in goede nôtstruktuer sille de ûnderdielen sels oer hûnderten termyske syklusen tsjin kromming bestand wêze. Grove struktueren of min ferdielde nôtstruktueren resultearje yn swakke plakken yn it ûnderdiel, wêrtroch mikroskea ûntstiet en úteinlik frijlitting fan dieltsjes yn 'e keamer. In oar wichtich probleem om te beskôgjen is de wjerstân tsjin termyske skok. Der binne punten wêr't it ûnderdiel in wichtige temperatuerferoaring ûndergiet, lykas by it laden yn 'e reaktor of by it fuortheljen. As der swakke grinzen tusken de nôt binne, kinne mikroskeaken foarmje lâns de nôtlinen. Hoewol dit normaal net resulteart yn ûnderdielfalen, lit it dizze swakkens wol yn it materiaal foarmje, wat liedt ta takomstige betrouberensproblemen. De measte fabriken folgje de libbensdoer fan ûnderdielen sawol troch de brûkte oeren as it oantal termyske syklusen en de totale waarmtebehanneling. De ûnderdielen mei in goed ûntworpen nôtstruktuer hawwe in langere libbensdoer en konsekwintere resultaten oer de tiid.

Fermindering fan metallyske fersmoarging yn grafytkomponinten mei hege suverens

Ien fan 'e "ûnsichtbere" mar krityske problemen yn elk grafytûnderdiel, ynklusyf yn it SiC-epitaksyproses, is de metallyske fersmoarging. Sels lytse spoaren fan metalen yn in grafytûnderdiel kinne yn it proses útlûke en in boarne wurde fan lestich te tracearjen defekten yn in SiC-epitaksyreaktor lykas de AIXTRON G10. Sokke metalen komme normaal út 'e grûnstoffen of de ferskate ferwurkingstappen dy't belutsen binne by de fabrikaazje fan it grafytkomponint. Eleminten lykas izer, nikkel, kalsium en natrium binne gewoan en bliuwe by keamertemperatuer finzen yn it grutste part fan it grafyt, mar by de ferhege prosestemperatuer dy't brûkt wurdt yn SiC-epitaksy kinne dizze eleminten mobiel wurde. Dizze spoarmetalen kinne úteinlik útgast wurde of migrearje nei it oerflak tidens werhelle ferwaarmings-/koelsyklusen yn 'e hjitte sône, nammentlik de susceptor of de waferdrager sels. In typysk gefal soe sa wêze: in fabryk begjint in produksjebatch mei nije grafytûnderdielen. De earste pear wafers binne ok en litte gjin defekten sjen, mar nei in bepaalde perioade begjinne lytse defekten te ferskinen. It binne meastentiids lytse putjes, willekeurige stapelfouten, of ûnferklearbere dieltsjebarrens. It is maklik om ferkeard in ferkearde gasstream of in fersmoargingsgebeurtenis te fermoedzjen tidens it skjinmeitsjen fan 'e keamer. Mar detaillearre analyze liedt faak werom nei de stadige frijlitting fan spoarmetalen út grafytkomponinten. It kontrolearjen fan 'e suverens fan grafyt is ien fan 'e kaaien. Foar krityske komponinten hat hege temperatuer suvere grafyt mei in leech jiskegehalte altyd de foarkar. Dizze suveringsstap ferwideret it meastepart fan it metalen residu. Sok grafyt kin de eleminten langer finzen hâlde, sels ûnder werhelle ferwaarmings-/koelsyklusen. De ynkommende ynspeksje fan grafytûnderdielen is ek tige wichtich yn guon fabriken. It testen fan 'e grafytbatches mei techniken lykas ICP-OES of XRF kin foarkomme dat fersmoarge ûnderdielen brûkt wurde. It kin ek foarkomme dat ûnderdielen út ferskate boarnen binnen deselde prosesstream minge wurde. Coatings lykas SiC of TaC helpe ek om it probleem op te lossen troch te fungearjen as in barriêre tusken it grafytûnderdiel en de prosesomjouwing. Salang't de coating goed ôfset en ferbûn is mei it ûnderlizzende grafysubstraat, sil it de ynteraksje fan it grafytûnderdiel mei de prosesomjouwing ferminderje. Last but not least is de ôfhanneling en opslach fan 'e grafytûnderdielen. Grafytûnderdielen kinne fersmoarge wurde tidens ôfhanneling mei smoarge wanten, ynstruminten of troch opslein te wurden op in ûnreine plank. Dizze oerflakfersmoarging kin dan yn 'e oven komme tidens de ferwaarmingssyklus. Om metalen fersmoarging fan grafytûnderdielen te ferminderjen, is it in som fan in protte lytse ynspanningen. In materiaal mei hege suverens yn kombinaasje mei goede ôfhannelingspraktiken en strakke proseskontrôle is fereaske.

Wêrom freegje Veeco EPIK-systemen grafytmaterialen mei ultra-lege porositeit?

Grafytûnderdielen binnen it Veeco EPIK Systems-platfoarm ûndergeane ien fan 'e hurdste prosesomstannichheden yn' e healgeleiderproduksje. Dizze komponinten ûnderfine omstannichheden fan hege temperatuer, agressive gasgemy en lange prosessyklusen. Ultra lege porositeit grafyt is dêrom kritysk om de yntegriteit en skjinens fan SiC-epitaxy te behâlden. Porositeit ferwiist nei de lytse, ynterne poaren dy't besteane yn it grafytlichem sels. Nettsjinsteande in perfekt glêd oerflak kinne ynterne poaren bestean dy't prosesgassen, resten en reinigingsgemy fange. Hege porositeit betsjut mear yntern folume foar it fangen, wêrby't materiaal nei hege temperatuerbleatstelling stadich ûntgast wurde kin. Dizze ûntgassen is net altyd lineêr en kin liede ta barsten, wêrtroch it proses lestich te kontrolearjen is. Yn SiC-epitaxy is dit foaral skealik. As gassen frijkomme út it grafytlichem, kinne se wurde opnommen yn 'e gasstream yn' e epitaksykeamer, wat bydraacht oan net winske dieltsjes. Dieltsjes sille har wei fine nei it waferoerflak, wat ynfloed hat op 'e kristalgroei en kin liede ta ûnferwachte defekten lykas willekeurige putten, oerflakrûchheid of lokale fariaasjes yn waferdikte. In typysk senario dat tsjinkomt is yn produksjerampen wêr't in skjinne fabryk nije grafytûnderdielen ûntfangt foar in EPIK-systeem. Earste resultaten kinne akseptabel wêze, mar as de termyske syklusen werhelle wurde, kinne de defektsifers omheech krûpe en ynspeksje fan 'e prosestrein, ynklusyf gasliedingen, kleppen en skjinmeitsprosesstadia, kin neat dúdliks sjen litte. Faak wurdt oantoand dat de skuldige it grafyt mei lege porositeit is binnen de hege temperatuersône. De seleksje fan grafyt mei ultra lege porositeit minimalisearret dit risiko effektyf troch de ynterne folumes te beheinen wêryn fongen soarten ferburgen kinne wurde, wêrtroch de kâns op hommelse gasfrijlittingen by ferwaarming minimalisearre wurdt. It wurdt ek assosjeare mei bettere meganyske yntegriteit. De tichtere struktuer fan grafyt mei ultra lege porositeit biedt typysk ferhege wjerstân tsjin barsten, om't it grafyt werhelle termyske syklusen ûndergiet. Fierder befoarderje oerflakken mei lege porositeit ferbettere coatingintegriteit. As SiC of oare refraktêre materialen op dizze grafytoerflakken wurde coated, hechte se goed oan in minder poreus oerflak. Dit komt wierskynlik troch de ferhege yntimiteit fan 'e ferbining tusken it bedekte materiaal en it grafyt, wat op syn beurt de duorsumens en lange libbensdoer fan 'e coatings en har potinsjeel om te pellen of te flakken ferbetteret. Uteinlik biedt de seleksje fan grafyt mei ultra-lege porositeit yn in deistich fabrikaazjescenario, hoewol in materiaaleigenskip, in heul direkt foardiel by it berikken fan stabile, skjinne, foarsisbere waferresultaten binnen high-end SiC-epitaxyprosessen.