Pse grafiti me pastërti të lartë është kritik për kontrollin e defekteve të epitaksise SiC

Cilësia e pllakës së karbidit të silicit (SiC) të prodhuar ndikohet edhe nga ndryshime delikate në mjedisin e rritjes. Një fushë që shumë nuk e marrin në konsideratë është grafiti që vesh reaktorin. Ai i reziston provës së nxehtësisë intensive që gjendet brenda reaktorit ndërsa mbështet dhe pozicionon pllakën gjatë epitaksise. Nëse grafiti është i papastër ose i strukturuar në mënyrë të çrregullt, copa të vogla materiali ose një reaksion i padëshiruar mund të depozitohen gjatë gjithë procesit të rritjes. Problemet e vogla në sipërfaqen e grafitit mund të lulëzojnë në defekte të mëdha të pllakës, duke rezultuar në më shumë punë dhe rendimente më të ulëta për prodhuesit e çipave. Kështu, gjendja dhe pastërtia e Supceptor grafiti është një çështje më e rëndësishme nga sa do të supozonin shumica.

Si ndikon pastërtia e grafitit në problemet e grimcave në dhomat e epitaksise?

Grimcat janë një defekt i përhapur i pllakës së napolit në dhomat e epitaksise së SiC dhe shpesh përfshijnë grafitin në proces. Pjesët e grafitit ndodhen në zonën e nxehtë të reaktorit SiC, duke mbajtur pllakën e napolit dhe duke ndikuar në konturet termike. Me përdorimin e grafitit më pak të pastër, papastërtitë në gjurmë, të tilla si ndotësit metalikë, hiri ose mbetjet e mbetura të procesit, mund të dalin ngadalë nga grafiti me kalimin e kohës gjatë rritjes në temperaturë të lartë. Papastërtitë e dala nga gazi shpesh nuk zbulohen në dhomë, por ato përfundimisht bien në sipërfaqen e pllakës së napolit ose bëhen pjesë e fazës së gazit. Për shembull, në një aplikim, një fabrikë zgjodhi një grafit të gradës më të ulët për kursime kostoje. Megjithëse fillimisht nuk u shfaqën probleme gjatë punimeve të shkurtra, pas disa cikleve të... Epitaksi sic , vrima të rastësishme dhe njolla të ashpra u vunë re në sipërfaqen e pllakës së grafitit. Burimi i defekteve të tilla u gjurmua te mikro grimcat e emetuara nga mbajtësi ose susceptori i grafitit. Grimcat do të hynin në dhomën e rritjes dhe do të vepronin si fara në një mënyrë të padëshirueshme. Dendësia e pabarabartë e pjesës së grafitit do të kontribuonte gjithashtu në mikro-çarje në sipërfaqen e pjesës pas ngrohjes, duke çuar në derdhjen e grimcave të imëta në dhomë me kalimin e kohës, edhe pse pjesa mund të duket e pastër. Kështu, monitorimi i burimit të grafitit dhe historisë së tij është një detyrë rutinë në fabrika për të shmangur defektet që lidhen me grimcat. Një grafit me pastërti të lartë me një sasi të kontrolluar hiri është përgjithësisht i dëshirueshëm, veçanërisht për prodhimet afatgjata. Një numërim i cikleve termike të pjesëve monitorohet gjithashtu pasi materialet do të derdhin grimca edhe pas përpunimeve të mira fillestare. Gjithashtu, metoda e mirëmbajtjes për pjesët e grafitit ndikon në defekte. Për shembull, procedurat agresive të pastrimit do të dëmtonin sipërfaqen e grafitit dhe do të rezultonin në mikro-çarje. Metoda e preferuar është një proces i butë dhe i kontrolluar pastrimi me ndërveprim minimal fizik me pjesët e grafitit. Për arsye ekonomike, zëvendësimi i pjesëve më shpejt se sa pritet mund të jetë më i mirë sesa të merresh me humbjen e rendimentit në fazat e mëvonshme. Me pak fjalë, kontrolli i gjenerimit të grimcave në një proces tipik epitaksie SiC sillet rreth detajeve të vogla mbi cilësinë e materialit dhe praktikat e trajtimit. Çështja e cilësisë së grafitit është në zemër të çështjes.

Kërkesat e Materialeve për Pjesët Epitaksiale dhe Susceptorët SiC të Nivelit të Lartë

Për epitaksinë e SiC, pjesët në reaktor janë më shumë sesa thjesht për të 'mbajtur' pllakëzën. Susceptorët, bartësit e grafitit dhe përbërësit e zonës së nxehtë në reaktor ndikojnë drejtpërdrejt në rritjen e kristalit. Kjo është arsyeja pse materialet janë shumë të kërkuara dhe një e metë e vogël përfundimisht do të manifestohet si një defekt në pllakë. Stabiliteti i lartë termik është një kërkesë themelore. Pjesët nxehen në temperatura shumë të larta për një kohë të gjatë (ndonjëherë cikle të përsëritura ngrohjeje/ftohjeje). Një material që nuk mund të ruajë stabilitetin në këto temperatura do të shtrembërohet dhe përfundimisht mund të çahet. Ndryshime të vogla në gjeometri mund të ndryshojnë ndjeshëm rrjedhën e gazit dhe shpërndarjen e nxehtësisë duke rezultuar në rritje jo uniforme të kristalit në sipërfaqen e pllakës. Pastërtia është një faktor tjetër kritik. Proceset e SiC të nivelit të lartë kërkojnë përmbajtje shumë të ulët metali dhe nivel shumë të ulët të hirit në përbërësit me bazë grafiti. Gjatë funksionimit, metalet gjurmë do të rrjedhin ngadalë nga pjesët, ndotësit mund të shpërndahen në dhomë dhe të rezultojnë në ndotje grimcash ose defekte lokale të kristalit. Në disa fabrika, defekti i rastësishëm i grumbullimit është gjurmuar në një grup të vetëm të susceptorit të kontaminuar. Struktura sipërfaqësore është një kërkesë e rëndësishme. Një sipërfaqe e lëmuar dhe e njëtrajtshme do të ndihmojë në uljen e derdhjes së grimcave gjatë ciklit të ngrohjes/ftohjes. Një sipërfaqe jo-uniforme, ose poret brenda strukturës së sipërfaqes, do të shpërbëhen vazhdimisht gjatë funksionimit dhe kështu do të gjenerojnë një burim të qëndrueshëm grimcash në dhomë. Cilësia e veshjes është gjithashtu një kërkesë tjetër thelbësore. Shumë susceptorë të nivelit të lartë përdorin veshjen SiC si një shtresë mbrojtëse. Veshje duhet të ngjitet mirë në materialin bazë dhe duhet t'i rezistojë funksionimit të zgjatur. Lidhja e dobët dhe shkëputja e shtresave do ta ekspozojnë drejtpërdrejt grafitin bazë ndaj mjedisit të ashpër të reagimit. Shpesh e shohim këtë në aplikime reale: për shembull, një fabrikë pllake që funksionon për një seri të gjatë prodhimi do të vëzhgojë se shkalla e defekteve rritet vazhdimisht pas qindra cikleve. Inspektimi i susceptorit do të zbulojë një konsum të lehtë të veshjes dhe erozion të skajit. Ndryshimi ose zëvendësimi i komponentit do ta kthejë shkallën e defekteve në një nivel të pranueshëm. Zgjedhja e materialeve të duhura nuk ka të bëjë vetëm me performancën fillestare të komponentëve, por edhe me stabilitetin e materialit në cikle të përsëritura.

Efektet e Strukturës së Kokrrave në Stabilitetin Termik në Sistemet AIXTRON G10

Struktura e kokrrizave të përbërësve të grafitit brenda një SiC me temperaturë të lartë Rritja e epitaksisë Një sistem, siç është një AIXTRON G10, ndikon shumë në stabilitetin termik. Kjo lidhet me ndryshimet dimensionale, ruajtjen e formës dhe reagimin ndaj ciklit termik. Grafiti nuk është një trup i ngurtë monolit. Ai përbëhet nga kristalite ose kokrriza të shumta. Kristalitet individuale mund të kenë orientime të ndryshme. Kur ka kontroll të dobët të madhësisë së kokrrizave brenda përbërësit të grafitit, lind shpërndarje e pabarabartë e nxehtësisë. Zonat e përbërësit nxehen dhe ftohen me shpejtësi të ndryshme. Kjo krijon stres të brendshëm në një nivel mikro. Ngadalë me kalimin e kohës, ky stres i brendshëm shkakton deformim ose shtrembërim në pjesë si susceptori ose bartësi i pllakës së pllakave. Ky proces është lehtësisht i identifikueshëm gjatë prodhimit. Zakonisht shfaqet kur linja e pllakës së pllakave funksionon në temperatura të larta. Cilësia e pllakës së pllakave fillon të ndryshojë pas qindra cikleve termike. Ndryshimet në trashësi rriten dhe defektet e skajeve fillojnë të shfaqen më rregullisht. Pasi të ekzaminohen këto pjesë, ato zakonisht kanë shenja deformimi ose lodhjeje të materialit. Strukturat e kokrrizave të imëta me shpërndarje të kontrolluar të kristaliteve do të kenë stabilitet termik shumë më të mirë sesa kokrrizat e trasha ose strukturat e rastësishme. Kjo do të rezultojë në një transferim më të njëtrajtshëm të nxehtësisë dhe pika të reduktuara të stresit lokal. Me një strukturë të duhur të kokrrizave, pjesët do t'i rezistojnë deformimit edhe gjatë qindra cikleve termike. Strukturat e trasha ose strukturat e kokrrizave të shpërndara dobët rezultojnë në pika të dobëta brenda pjesës, duke lejuar mikroçarje dhe lëshimin përfundimtar të grimcave në dhomë. Një çështje tjetër kyçe për t'u marrë në konsideratë është rezistenca ndaj shokut termik. Ka pika ku pjesa pëson ndryshime të konsiderueshme të temperaturës, siç është ngarkimi në reaktor ose gjatë heqjes. Nëse ka kufij të dobët midis kokrrizave, atëherë mund të formohen mikroçarje përgjatë vijave të kokrrizave. Ndërsa kjo zakonisht nuk rezulton në dështim të pjesës, ajo lejon që këto dobësi të formohen në material, duke çuar në probleme të besueshmërisë në të ardhmen. Shumica e fabrikave ndjekin jetëgjatësinë e pjesës si nga orët e përdorura, ashtu edhe nga numri i cikleve termike dhe trajtimi total termik. Pjesët me strukturë kokrrizash të projektuar mirë kanë jetëgjatësi më të madhe, rezultate më të qëndrueshme me kalimin e kohës.

Zvogëlimi i ndotjes metalike në përbërësit e grafitit me pastërti të lartë

Një nga problemet "e padukshme", por kritike në çdo pjesë grafiti, përfshirë procesin e epitaksisë së SiC, është ndotja metalike. Edhe gjurmët më të vogla të metaleve në një pjesë grafiti mund të depërtojnë në proces dhe të bëhen burim defektesh të vështira për t'u gjetur në një reaktor epitaksie të SiC si AIXTRON G10. Metale të tilla normalisht burojnë nga lëndët e para ose hapat e ndryshëm të përpunimit të përfshirë në prodhimin e përbërësit të grafitit. Elemente si hekuri, nikeli, kalciumi dhe natriumi janë të zakonshëm dhe mbeten të bllokuar në pjesën më të madhe të grafitit në temperaturën e dhomës, megjithatë, në temperaturën e lartë të procesit të përdorur në epitaksinë e SiC, këta elementë mund të bëhen të lëvizshëm. Këto metale gjurmë përfundimisht mund të nxirren në gaz ose të migrojnë në sipërfaqe gjatë cikleve të përsëritura të ngrohjes/ftohjes në zonën e nxehtë, përkatësisht susceptorin ose vetë bartësin e pllakës së ngjitjes. Një rast tipik do të ishte si ky: një fabrikë fillon një seri prodhimi duke përdorur pjesë të reja grafiti. Pllakat e para janë në rregull dhe nuk shfaqin defekte, por pas një periudhe të caktuar, fillojnë të shfaqen defekte të vogla. Ato zakonisht janë gropa të vogla, defekte të rastësishme të pirgut ose ngjarje të pashpjegueshme të grimcave. Është e lehtë të dyshosh gabimisht për një rrjedhë të gabuar gazi ose një ngjarje kontaminimi gjatë pastrimit të dhomës. Por analiza e detajuar shpesh çon në çlirimin e ngadaltë të metaleve në gjurmë nga përbërësit e grafitit. Kontrollimi i pastërtisë së grafitit është një nga çelësat. Për përbërësit kritikë, grafiti i pastruar në temperaturë të lartë me një përmbajtje të ulët hiri është gjithmonë i preferuar. Ky hap pastrimi largon shumicën e mbetjeve metalike. Një grafit i tillë mund t'i mbajë elementët të bllokuar për një kohë më të gjatë edhe nën cikle të përsëritura ngrohjeje/ftohjeje. Inspektimi hyrës i pjesëve të grafitit është gjithashtu shumë i rëndësishëm në disa fabrika. Testimi i grupeve të grafitit me teknika të tilla si ICP-OES ose XRF mund të parandalojë përdorimin e pjesëve të kontaminuara. Mund të parandalojë gjithashtu përzierjen e pjesëve nga burime të ndryshme brenda të njëjtit rrjedhë procesi. Veshjet si SiC ose TaC gjithashtu ndihmojnë në zgjidhjen e problemit duke vepruar si një barrierë midis pjesës së grafitit dhe mjedisit të procesit. Për sa kohë që veshja është e depozituar mirë dhe e lidhur me substratin themelor të grafitit, ajo do të zvogëlojë ndërveprimin e pjesës së grafitit me mjedisin e procesit. E fundit, por jo më pak e rëndësishme, është trajtimi dhe ruajtja e pjesëve të grafitit. Pjesët e grafitit mund të kontaminohen gjatë trajtimit me doreza të ndyra, instrumente ose duke u ruajtur në një raft të papastër. Ky ndotje sipërfaqësore mund të hyjë më pas në furrë gjatë ciklit të ngrohjes. Për të zvogëluar ndotjen metalike të pjesëve të grafitit, është një shumë e shumë përpjekjeve të vogla. Kërkohet një material me pastërti të lartë i kombinuar me praktikë të mirë trajtimi dhe kontroll të rreptë të procesit.

Pse sistemet Veeco EPIK kërkojnë materiale grafiti me porozitet ultra të ulët?

Pjesët e grafitit brenda platformës Veeco EPIK Systems i nënshtrohen një prej kushteve më të ashpra të procesit në prodhimin e gjysmëpërçuesve. Kushtet e temperaturës së lartë, kimisë agresive të gazit dhe cikleve të gjata të procesit përjetohen nga këta përbërës. Grafiti me porozitet ultra të ulët është pra kritik për të ruajtur integritetin dhe pastërtinë e epitaksisë së SiC. Poroziteti i referohet poreve të vogla të brendshme që ekzistojnë brenda vetë trupit të grafitit. Pavarësisht një sipërfaqeje të lëmuar në mënyrë të përkryer, poret e brendshme mund të ekzistojnë duke bllokuar gazrat e procesit, mbetjet dhe kiminë e pastrimit. Poroziteti i lartë do të thotë më shumë vëllim i brendshëm për bllokim, ku pas ekspozimit ndaj temperaturës së lartë, materiali mund të degazohet ngadalë. Ky degazim nuk është gjithmonë linear dhe mund të çojë në shpërthime, duke e bërë procesin të vështirë për t'u kontrolluar. Në epitaksinë e SiC, kjo është veçanërisht e dëmshme. Kur gazrat lirohen nga trupi i grafitit, ato mund të përfshihen në rrjedhën e gazit brenda dhomës së epitaksisë, duke kontribuar në grimcat e padëshiruara. Grimcat do të gjejnë rrugën e tyre në sipërfaqen e pllakës së drurit, duke ndikuar në rritjen e kristalit dhe mund të çojnë në defekte të papritura, të tilla si gropa të rastësishme, ashpërsim sipërfaqësor ose ndryshime lokale në trashësinë e pllakës së drurit. Një skenar tipik që haset është në rampat e prodhimit ku një fabrikë e pastër merr pjesë të reja grafiti për një sistem EPIK. Rezultatet fillestare mund të jenë të pranueshme, megjithatë, ndërsa ciklet termike përsëriten, shkalla e defekteve mund të rritet dhe inspektimi i trenit të procesit, duke përfshirë linjat e gazit, valvulat dhe fazat e procesit të pastrimit, mund të mos zbulojë asgjë të dukshme. Shpesh zbulohet se fajtori është grafiti me porozitet të ulët brenda zonës së temperaturës së lartë. Përzgjedhja e grafitit me porozitet ultra të ulët minimizon në mënyrë efektive këtë rrezik duke kufizuar vëllimet e brendshme në të cilat mund të fshihen speciet e bllokuara, duke minimizuar mundësinë e lëshimeve të papritura të gazit kur nxehet. Ai shoqërohet gjithashtu me integritet më të mirë mekanik. Struktura më e dendur e grafitit me porozitet ultra të ulët zakonisht ofron rezistencë në rritje ndaj çarjeve ndërsa grafiti i nënshtrohet cikleve termike të përsëritura. Për më tepër, sipërfaqet me porozitet të ulët nxisin integritet të përmirësuar të veshjes. Kur SiC ose materiale të tjera zjarrduruese janë të veshura në këto sipërfaqe grafiti, ato ngjiten mirë në një sipërfaqe më pak poroze. Kjo ka të ngjarë të jetë për shkak të rritjes së intimitetit të lidhjes midis materialit të veshur dhe grafitit, i cili nga ana tjetër rrit qëndrueshmërinë dhe jetëgjatësinë e veshjeve dhe potencialin e tyre për t'u zhveshur ose për t'u copëtuar. Në fund të fundit, përzgjedhja e grafitit me porozitet ultra të ulët në një skenar prodhimi të përditshëm, ndërsa është një veti materiale, ofron përfitim shumë të drejtpërdrejtë në arritjen e rezultateve të qëndrueshme, të pastra dhe të parashikueshme të pllakave brenda proceseve të epitaksise SiC të nivelit të lartë.