Af hverju hágæða grafít er mikilvægt fyrir SiC epitaxísk gallastjórnun

Gæði kísilkarbíðs (SiC) skífunnar sem framleidd er eru undir áhrifum jafnvel af smávægilegum breytingum í vaxtarumhverfinu. Svæði sem margir taka ekki tillit til er grafítið sem klæðir hvarfefnið. Það stenst prófið fyrir þann mikla hita sem finnst inni í hvarfinu þegar það styður og staðsetur skífuna við epitaxíu. Ef grafítið er óhreint eða óreglulega uppbyggt geta smáir efnisbrot eða óæskileg viðbrögð settst niður í vaxtarferlinu. Lítil vandamál á yfirborði grafítsins geta þróast í stóra skífugalla, sem leiðir til meiri vinnu og minni afkasta fyrir flísframleiðendur. Þannig er ástand og hreinleiki... Grafítviðnám er mikilvægara mál en flestir myndu halda.

Hvernig hefur hreinleiki grafíts áhrif á agnavandamál í epitaxíuklefum?

Agnir eru útbreiddur galli í skífum í SiC epitaxískum hólfum og fela oft í sér grafít í ferlinu. Grafíthlutar eru staðsettir í heita svæðinu í SiC hvarfinu, bera skífuna og hafa áhrif á hitauppstreymið. Með notkun á minna hreinu grafíti geta snefilmagn af óhreinindum, svo sem málmmengunarefnum, aska eða vinnsluleifum, losað grafítið hægt og rólega með tímanum við vöxt við háan hita. Óhreinindin sem losna úr lofttegundum eru oft ógreinanleg í hólfinu en lenda að lokum á yfirborði skífunnar eða verða hluti af gasfasanum. Til dæmis valdi verksmiðja í einni notkun grafít af lægri gæðaflokki til að spara kostnað. Þó engin vandamál hafi komið upp í stuttum keyrslum í upphafi, eftir nokkrar lotur af... Sic epitaxy , handahófskenndar nálargöt og hrjúfar blettir sáust á yfirborði skífunnar. Uppruni slíkra galla var rakinn til öragna sem losnuðu úr grafíthaldara eða -viðtaka. Agnirnar myndu fara inn í vaxtarhólfið og virka sem fræ á óæskilegan hátt. Ójafn þéttleiki grafíthlutans myndi einnig stuðla að örsprungumyndun á yfirborði hlutarins við upphitun, sem leiddi til þess að fínar agnir losnuðu inn í hólfið með tímanum, jafnvel þótt hlutinn virðist hreinn. Því er eftirlit með uppruna grafítsins og sögu hans venjubundið verkefni í verksmiðjum til að forðast agnatengda galla. Grafít með mikilli hreinleika með stýrðu magni af ösku er almennt æskilegt, sérstaklega fyrir langtímaframleiðslu. Einnig er fylgst með talningu hitaferla hluta þar sem efni munu losa agnir jafnvel eftir góða upphafsvinnslu. Einnig hefur viðhaldsaðferð fyrir grafíthluta áhrif á galla. Til dæmis myndu öflugar hreinsunaraðferðir skemma grafítyfirborð og leiða til örsprungna. Æskileg aðferð er væg, stýrð hreinsunarferli með lágmarks líkamlegum áhrifum á grafíthlutana. Af efnahagsástæðum gæti verið betra að skipta út hlutunum fyrr en búist var við heldur en að takast á við tap á afköstum á síðari stigum. Í hnotskurn snýst stjórnun á agnamyndun í dæmigerðu SiC epitaxíuferli um smáatriði eins og gæði efnis og meðhöndlunarvenjur. Málið um gæði grafítsins er kjarninn í málinu.

Efniskröfur fyrir hágæða SiC epitaxial hluta og susceptors

Fyrir SiC epitaxíu eru hlutar í hvarfinu meira en bara til að „halda“ skífunni. Susceptors, grafítburðarefni og heitsvæðisþættir í hvarfinu hafa bein áhrif á kristallavöxt. Þess vegna eru efnin mjög krefjandi og lítill galli mun að lokum birtast sem galli á skífunni. Mikil hitastöðugleiki er grundvallarkrafa. Hlutirnir eru hitaðir við mjög hátt hitastig í langan tíma (stundum endurteknar hitunar-/kælingarlotur). Efni sem getur ekki viðhaldið stöðugleika við þetta hitastig mun afmyndast og getur að lokum sprungið. Lítilsháttar breytingar á rúmfræði geta breytt gasflæði og hitadreifingu verulega sem leiðir til ójafns kristallavaxtar á yfirborði skífunnar. Hreinleiki er annar mikilvægur þáttur. Háþróaðar SiC-ferli krefjast mjög lágs málminnihalds og mjög lágs öskustigs í grafíthlutum. Við notkun munu snefilmálmar leka hægt út úr hlutunum, mengunarefnin geta dreifst inn í hólfið og leitt til agnamengun eða staðbundinna kristalgalla. Í sumum verksmiðjum hefur verið rakið handahófskenndar staflunargallar til eins lotu af mengaðri susceptor. Yfirborðsbygging er mikilvæg krafa. Slétt og jafnt yfirborð mun hjálpa til við að draga úr losun agna við upphitunar-/kælingarferlið. Ójafnt yfirborð, eða svitaholur í yfirborðsbyggingunni, munu stöðugt brotna niður við notkun og þannig mynda stöðuga uppsprettu agna í hólfinu. Gæði húðunar eru einnig önnur nauðsynleg krafa. Margir hágæða rafskautar nota SiC húðun sem verndarlag. Húðunin verður að festast vel við grunnefnið og verður að þola langvarandi notkun. Léleg líming og aflaminering mun útsetja grunngrafítið beint fyrir erfiðu umhverfi. Við sjáum þetta oft í raunverulegum forritum: til dæmis mun skífuframleiðsla sem keyrir í langan framleiðslulotu taka eftir því að gallatíðnin eykst stöðugt eftir hundruð lotna. Skoðun á rafskautaranum mun leiða í ljós smá slit á húðuninni og brúnrofi. Að skipta um eða skipta um íhlut mun koma gallatíðninni aftur á viðunandi stig. Að velja rétt efni snýst ekki bara um upphaflega frammistöðu íhlutanna, heldur stöðugleika efnisins í endurteknum lotum.

Áhrif kornabyggingar á hitastöðugleika í AIXTRON G10 kerfum

Kornabygging grafíthluta inni í háhita SiC Vöxtur epitaxis Kerfi, eins og AIXTRON G10, hefur mikil áhrif á hitastöðugleika. Þetta tengist víddarbreytingum, lögunarvarðveislu og viðbrögðum við hitahringrás. Grafít er ekki einlita fast efni. Það samanstendur af fjölmörgum kristöllum eða kornum. Einstök kristallar geta haft mismunandi stefnur. Þegar léleg stjórn er á kornastærð innan grafítþáttarins myndast ójöfn hitadreifing. Svæði íhlutarins hitna og kólna á mismunandi hraða. Þetta skapar innri spennu á örstigi. Smám saman veldur þessi innri spenna aflögun eða röskun í hlutum eins og móttakaranum eða skífuburðinum. Þetta ferli er auðvelt að greina við framleiðslu. Það birtist venjulega þegar skífulínan starfar við hátt hitastig. Gæði skífunnar byrjar að sveiflast eftir hundruð hitahringrása. Breytingar á þykkt aukast og gallar á brúnum byrja að koma fram reglulegar. Þegar þessir hlutar eru skoðaðir sýna þeir venjulega merki um aflögun eða efnisþreytu. Fínkornabyggingar með stýrðri kristaldræfingu munu hafa mun betri hitastöðugleika en gróf korn eða handahófskenndar byggingar. Þetta mun leiða til jafnari hitaflutnings og minni staðbundinna streitupunkta. Með réttri kornabyggingu munu hlutar standast aflögun jafnvel í hundruð hitameðferðarlotna. Grófar uppbyggingar eða illa dreifðar kornabyggingar leiða til veikra staða innan hlutarins, sem gerir kleift að örsprungur myndist og að lokum losna agnir inn í hólfið. Annað lykilatriði sem þarf að hafa í huga er viðnám gegn hitaáfalli. Það eru punktar þar sem hlutinn gengst undir verulegar hitastigsbreytingar, svo sem við hleðslu í hvarfefnið eða við fjarlægingu. Ef veik mörk eru á milli korna geta örsprungur myndast meðfram kornalínunum. Þó að þetta leiði venjulega ekki til bilunar í hlutanum, þá gerir það þessum veikleikum kleift að myndast í efninu, sem leiðir til áreiðanleikavandamála í framtíðinni. Flestar verksmiðjur fylgjast með líftíma hluta bæði eftir notkunarstundum og fjölda hitameðferðarlotna og heildarhitameðferðar. Hlutir með vel útfærða kornabyggingu hafa lengri líftíma og samræmdari niðurstöður með tímanum.

Að draga úr málmmengun í grafíthlutum með mikilli hreinleika

Eitt af „ósýnilegu“ en alvarlegu vandamálunum í öllum grafíthlutum, þar á meðal í SiC-epitaxíuferli, er málmmengun. Jafnvel örsmáar snefilmagn af málmum í grafíthluta geta lekið inn í ferlið og orðið uppspretta galla sem erfitt er að rekja í SiC-epitaxíuhvarfefni eins og AIXTRON G10. Slíkir málmar koma venjulega frá hráefnum eða hinum ýmsu vinnsluskrefum sem taka þátt í framleiðslu grafíthlutans. Frumefni eins og járn, nikkel, kalsíum og natríum eru algeng og haldast föst í meginhluta grafítsins við stofuhita, en við hækkað ferlishitastig sem notað er í SiC-epitaxíu geta þessi frumefni orðið hreyfanleg. Þessir snefilmálmar geta að lokum losnað úr gasi eða flust upp á yfirborðið við endurteknar hitunar-/kælingarlotur á heita svæðinu, þ.e. í móttakaranum eða skífuburðinum sjálfum. Dæmigert tilfelli væri svona: verksmiðja byrjar framleiðslulotu með nýjum grafíthlutum. Fyrstu skífurnar eru í lagi og sýna enga galla, en eftir ákveðinn tíma byrja smáir gallar að birtast. Þetta eru venjulega smáar holur, handahófskenndar staflagallar eða óútskýranlegir agnatilvik. Það er auðvelt að gruna rangt um rangt gasflæði eða mengunartilvik við hreinsun á hólfinu. En ítarleg greining leiðir oft til hægfara losunar snefilefna úr grafítíhlutum. Að stjórna hreinleika grafítsins er einn af lykilatriðunum. Fyrir mikilvæga íhluti er alltaf æskilegt að nota grafít sem er hreinsað við háan hita með lágu öskuinnihaldi. Þetta hreinsunarskref fjarlægir meirihluta málmleifa. Slíkt grafít getur haldið frumefnunum föstum í lengri tíma, jafnvel við endurteknar hitunar-/kælingarlotur. Innkomandi skoðun á grafíthlutum er einnig mjög mikilvæg í sumum verksmiðjum. Prófun á grafítlotum með aðferðum eins og ICP-OES eða XRF getur komið í veg fyrir notkun mengaðra hluta. Það getur einnig komið í veg fyrir að hlutum frá mismunandi uppsprettum sé blandað saman innan sama ferlisflæðis. Húðun eins og SiC eða TaC hjálpar einnig til við að leysa vandamálið með því að virka sem hindrun milli grafíthlutans og ferlisumhverfisins. Svo lengi sem húðunin er vel sett og bundin við undirliggjandi grafítundirlag mun það draga úr samspili grafíthlutans við ferlisumhverfið. Síðast en ekki síst er meðhöndlun og geymsla grafíthlutanna. Grafíthlutir geta mengast við meðhöndlun með óhreinum hönskum, tækjum eða með því að vera geymdir á óhreinum hillu. Þessi yfirborðsmengun getur síðan komist inn í ofninn meðan á hitunarferlinu stendur. Til að draga úr málmmengun í grafíthlutum er þetta samanlagt af mörgum litlum aðgerðum. Nauðsynlegt er að nota mjög hreint efni ásamt góðum meðhöndlunarvenjum og ströngu ferlisstjórnun.

Af hverju krefjast Veeco EPIK kerfin grafítefna með mjög lágu gegndræpi?

Grafíthlutar innan Veeco EPIK kerfispallsins gangast undir einar hörðustu vinnsluaðstæður í hálfleiðaraframleiðslu. Þessir íhlutir upplifa háan hita, árásargjarna gasefnafræði og langa vinnsluferla. Grafít með mjög lágum gegndræpi er því mikilvægt til að viðhalda heilleika og hreinleika SiC epitaxis. Gegndræpi vísar til litlu, innri svitaholanna sem eru til staðar í grafíthlutanum sjálfum. Þrátt fyrir fullkomlega slétt yfirborð geta innri svitaholur verið til staðar sem fanga ferlislofttegundir, leifar og hreinsiefni. Mikil gegndræpi þýðir meira innra rúmmál til að fanga, þar sem eftir háan hita er hægt að losa efnið hægt og rólega við lofttegundir. Þessi afgasun er ekki alltaf línuleg og getur leitt til sprungna, sem gerir ferlið erfitt að stjórna. Í SiC epitaxis er þetta sérstaklega skaðlegt. Þegar lofttegundir losna úr grafíthlutanum geta þær verið innlimaðar í gasflæðið innan epitaxishólfsins og stuðlað að óæskilegum ögnum. Agnir munu finna leið sína á yfirborð skífunnar, hafa áhrif á kristallavöxt og geta leitt til óvæntra galla eins og handahófskenndra hola, yfirborðsgrófleika eða staðbundinna breytinga á þykkt skífunnar. Dæmigert atburðarás sem kemur upp er í framleiðslurampar þar sem hrein verksmiðja tekur við nýjum grafíthlutum fyrir EPIK kerfi. Upphaflegar niðurstöður gætu verið ásættanlegar, en þegar hitahringrásin endurtekur sig getur tíðni galla aukist og skoðun á ferlinu, þar á meðal gasleiðslur, lokar og hreinsunarferli, gæti ekki leitt neitt augljóst í ljós. Oft kemur í ljós að sökudólgurinn er grafít með lágt gegndræpi innan háhitasvæðisins. Val á grafíti með mjög lágt gegndræpi lágmarkar þessa áhættu á áhrifaríkan hátt með því að takmarka innra rúmmál þar sem fastar tegundir geta leynst, sem lágmarkar líkur á skyndilegri losun gass við upphitun. Það er einnig tengt betri vélrænni heilleika. Þéttari uppbygging grafíts með mjög lágt gegndræpi býður venjulega upp á aukna mótstöðu gegn sprungum þar sem grafítið gengst undir endurtekna hitahringrás. Ennfremur stuðla yfirborð með lágt gegndræpi að aukinni heilleika húðunar. Þegar SiC eða önnur eldföst efni eru húðuð á þessi grafítyfirborð festast þau vel við minna gegndræpt yfirborð. Þetta er líklega vegna aukinnar nánari tengingar milli húðaða efnisins og grafítsins, sem aftur eykur endingu og endingu húðunarinnar og möguleika hennar á að flagna eða flagna. Að lokum veitir val á grafíti með mjög lágu gegndræpi í daglegri framleiðslu, þótt það sé efniseiginleiki, mjög beinan ávinning við að ná stöðugum, hreinum og fyrirsjáanlegum niðurstöðum úr skífum í háþróaðri SiC epitaxíuferlum.