SiC-kattega grafiidisusseptor: kuidas see mõjutab epitaksi ühtlust ja vahvli kvaliteeti?

SiC-kattega grafiidisusseptor ei ole lihtsalt vahvlihoidja. Pooljuhtide epitaksis on see samaaegselt nii soojusvälja komponent, mehaaniline liides kui ka protsessile suunatud pind. Selle grafiidist korpus tagab töödeldavuse ja termilise funktsionaalsuse, samas kui CVD SiC kate tagab keemiliselt stabiilse pinna vahvli lähedal. Kuna vahvli temperatuur on seotud sustseptori geomeetria, tasasuse, tasku kujunduse ja pinna seisukorraga, võib sustseptori kvaliteet mõjutada epitaksiaalset ühtlust ja töötamise stabiilsust.

Miks on sustseptor osa epitaksia protsessist?

Räni või SiC epitakseerimise ajal tuleb vahvel asetada rangelt kontrollitud termilise ja keemilise keskkonna sisse. Sustseptor toetab vahvlit, seob või neelab reaktorist energiat, kannab soojust vahvli poole ja määrab vahetult selle all oleva füüsilise piiri. Sel põhjusel ei saa komponenti hinnata ainult grafiidi klassi või katte paksuse järgi.

SGL Carbon väidab, et grafiidisustseptorite omadused ja kvaliteet mõjutavad epitaksiaalse kihi kvaliteeti ülioluliselt ning rõhutab kõrge puhtusastmega isostaatilist grafiiti, homogeenset SiC katet ja mõõtmete häid hälbeid. Selle ASM-i sustseptoriprogramm tõstab protsessiga seotud spetsifikatsioonidena esile ka taskuprofiili, tasasuse, pinnaviimistluse ja puhtuse.

Seetõttu võib inseneri seost väljendada järgmiselt:

Sustseptori materjal + geomeetria + lamedus + katte seisukord → vahvli termiline piir → vahvli temperatuuri jaotus → epitaksiaalne kasv

Susseptor ei tegutse üksi. Gaasivool, reaktori konstruktsioon, vahvli pöörlemine, rõhk, lähteainete keemia ja temperatuuri reguleerimise strateegia on endiselt olulised. Kuid sustseptor on üks peamisi riistvaraliideseid, mille kaudu need tingimused vahvlile edastatakse.

Kuidas geomeetria ja tasasus mõjutavad vahvli temperatuuri

Epitaksia sustseptori puhul on mõõtmete täpsus ka termiline parameeter.

Liiga sügav, liiga madal või lokaalselt moonutatud vahvlitasku muudab vahvli ja sustseptori pinna vahekaugust. Tasasuse viga võib muuta lokaalset termilist kontakti, kiirgusvahetust ja efektiivset termilist piiri vahvli all. Mitme taskuga kanduril võivad väikesed erinevused taskute vahel tekitada erinevaid kohalikke temperatuurilugusid isegi siis, kui reaktori nominaalne seadepunkt jääb muutumatuks.

Tasku läbimõõtu, tasku sügavust, servaprofiili, seina paksust, kontsentrilisust ja üldist tasasust tuleks seetõttu käsitleda ühendatud konstruktsioonisüsteemina, mitte eraldatud mõõtmetena.

Seda seost peegeldavad kaubanduslikud sustseptori spetsifikatsioonid. SGL Carbon identifitseerib taskuprofiili, tasasuse ja mõõtmete vastavust räni epitaksisusseptorite olulisteks omadusteks, samas kui Mersen rõhutab epitakseerimiseks mõeldud kaetud grafiitseadmete täppistöötlust ja termilist ühtlust.

Seetõttu pole kasulikum inseneriküsimus lihtsalt:

> Kas osa on tõmbetolerantsi piires?

See on:

> Kas kriitilisi mõõtmeid kontrollitakse piisavalt täpselt, et säilitada kavandatud termiline piir igas vahvliasendis?

See eristamine muutub eriti oluliseks asendussustseptorite puhul. Komponent võib tunduda geomeetriliselt sarnane olemasoleva osaga, kuid käituda erinevalt, kui selle taskuprofiil, tasapinnalisus, grafiidiklass, pinnaviimistlus või kattearhitektuur erineb kvalifitseeritud projektist.

Miks CVD SiC kate on peale keemilise kaitse oluline?

CVD SiC katet kirjeldatakse sageli kaitsekihina, kuid see määratlus on puudulik.

Selle esimene funktsioon on keemiline. Tihe SiC pind vähendab grafiidist substraadi otsest kokkupuudet kõrge temperatuuriga protsessigaaside ja puhastuskeemiaga. Selle teine ​​funktsioon on saastetõrje, kuna kate muutub vahvlile kõige lähemal olevaks protsessi pooleks. Selle kolmas funktsioon on pinna stabiilsus: sustseptor peab säilitama püsiva seisundi korduvate sadestamise, puhastamise, kuumutamise ja jahutamise tsüklite kaudu.

SGL Carbon kirjeldab oma SiC-katteid kui tihedaid CVD-kihte, millel on kõrge keemiline ja termiline vastupidavus, ning märgib, et grafiidist substraadi soojuspaisumiskäitumine tuleks kohandada kattekihiga, et minimeerida termilist pinget. Mersen peab samuti grafiidi/SiC CTE ühilduvust oluliseks katte pikaajalise terviklikkuse tagamiseks.

Seetõttu tuleks epitaksi puhul katte kvaliteeti hinnata, kasutades nimipaksust rohkem. Paksuse ühtlus, pinna karedus, aukude takistus, liidese stabiilsus ja katte terviklikkus on olulised, kuna pragunemine, koorumine või pinna järkjärguline karestamine muudab vahvli piire.

Valmis sustseptorit saab paremini mõista seotud materjalisüsteemina:

Grafiitpõhi + täppisgeomeetria + CVD SiC pind + liidese terviklikkus

Nende elementide muutus võib muuta kogu komponendi käitumist.

See on ka põhjus, miks "paksemat katet" ei tohiks automaatselt tõlgendada "parema kattena". Kattekiht peab pakkuma piisavat kaitset, jäädes samal ajal kokkusobivaks aluspinna, komponentide tolerantside ja korduvate termiliste tsüklitega.

Kuidas sustseptori seisund võib mõjutada epitaksia ühtlust

Epitaksiaalne kasv on temperatuuri suhtes väga tundlik. Vahvli kohalik temperatuur aitab seega kaasa kasvukiirusele, kihi paksusele, koostisele ja elektriliste omaduste ühtlusele.

Kui sustseptori lamedus muutub, vahvlitasku kulub, sadestused kogunevad ebaühtlaselt või SiC kate lokaalselt laguneb, võib muutuda ka vahvli ümber olev termiline ja keemiline piir. Tulemuseks ei ole automaatselt defektne vahvel, kuid taskust-taskusse, vahvlisse vahvlisse või jooksvalt jooksusse varieerumise oht võib suureneda.

Mehhanismi saab lihtsustada järgmiselt:

Geomeetria või pinna muutus → Kohalik termilise piiri muutus → Vahvli temperatuuri muutus → Kasvu-kineetika muutus

Sarnane põhimõte kehtib ka pöörlevate MOCVD vahvlikandjate kohta. SGL Carbon ühendab LED-tootmises kõrge puhtusastmega grafiidi, homogeense SiC-katte, soojusjuhtivuse ja kitsad mõõtmete tolerantsid.

Seetõttu on liiga lihtne väita, et "parem SiC-kate suurendab saagist". Tehniliselt põhjendatavam järeldus on see, et stabiilne, mõõtmetega kontrollitud SiC-kattega grafiidisusseptor aitab säilitada korduvaks epitaksiks vajalikke termilisi ja pinnatingimusi.

See muudab ka ebaühtluse uurimise viisi.

Kui epitaksireaktoris hakkab ilmnema seletamatu triiv, uurivad protsessiinsenerid loomulikult temperatuuri seadistusi, gaasivoolu, rõhku ja lähteaine kohaletoimetamist. Samasse uuringusse tuleks kaasata sustseptori seisund. Tasapinnalisus, tasku kulumine, ladestumise ajalugu, katte terviklikkus ja asendusosade mõõtmete vastavus võivad kõik saada olulisteks muutujateks.

Selles mõttes ei ole sustseptor pelgalt tarbitav komponent. See on osa protsessijuhtimise riistvarast.

Vahvliprotsessi jaoks olulised tõrkerežiimid

Sustseptori lagunemine on sageli pigem järkjärguline kui katastroofiline. Osa võib jääda mehaaniliselt puutumatuks, kui selle protsessikäitumine on juba muutuma hakanud.

Katte pragunemine või delaminatsioon võib paljastada grafiidi ja suurendada osakeste ohtu. Serva koorimine võib viidata kohalikule stressikontsentratsioonile. Pinna karestamine muudab protsessile suunatud seisukorda ja võib mõjutada järgnevat ladestuskäitumist. Tasku kulumine võib muuta vahvli asendit, samas kui tasasuse kaotamine muudab vahvli ja sustseptori vahelist soojussuhet. Ebaühtlane katte lagunemine võib samuti tekitada sama komponendi peal erinevaid pinnatingimusi.

Need muutused võivad tuleneda termilisest tsüklilisusest, grafiidi/SiC CTE mittevastavusest, protsessi keemiast, agressiivsest puhastamisest, mehaanilisest käsitsemisest, katte defektidest või kogunenud kasutusajast.

Seetõttu ei ole asjakohane inseneriküsimus ainult:

> Kas susseptor on ebaõnnestunud?

vaid pigem:

> Kas sustseptor on piisavalt muutunud, et muuta vahvli kogetud protsessi piiri?

Visuaalsest kontrollist üksi ei pruugi sellele küsimusele vastamiseks piisata. Olenevalt protsessist võib sisukas kvalifikatsioon hõlmata mõõtmete mõõtmist, tasasuse kontrollimist, taskuprofiili kontrolli, pinnaseisundi hindamist ja katte terviklikkuse hindamist.

Seetõttu pole universaalset protsessitsüklite arvu, mille järel tuleks iga SiC-ga kaetud grafiidisustseptor välja vahetada. Puhastamine, uuesti katmine või asendamine peaks põhinema komponentide seisukorral ja protsessi tõenditel.

Kuidas määrata kohandatud või asendusepitaksia sustseptorit

Tehniliselt kasulik RFQ peaks algama pigem reaktorist ja protsessist kui üldisest „SiC-ga kaetud grafiidi“ taotlusest.

Tarnija peaks esmalt mõistma reaktori tootjat ja mudelit, kas komponenti kasutatakse räni või ränikarbiidi epitakseerimiseks, vahvli suurust, tasku konfiguratsiooni, kuumutusmeetodit, töötemperatuuri vahemikku, protsessigaase ja puhastuskeemiat.

Komponentide määratlus peaks seejärel määrama mõõtmed, mis mõjutavad protsessi käitumist, eriti tasapinnalisus, tasku sügavus, tasku läbimõõt, serva geomeetria ja muud kriitilised tolerantsid. Nende nõuete ümber tuleks määratleda grafiidi klass, puhtus, CVD SiC katmise nõuded, pinnaviimistlus ja kontrollikriteeriumid.

Praktiline valiku jada on järgmine:

Reaktor → Protsess → Geomeetria → Grafiit → SiC kate → Kontrollimine

Asenduskomponentide jaoks on olemasolev joonis äärmiselt väärtuslik, kuid joonis üksi ei pruugi sisaldada kõiki protsessikriitilisi nõudeid. Kvalifitseeritud materjali klass, katte spetsifikatsioon, varasemad kontrolliandmed ja tegelikud töötingimused võivad olla sama olulised.

Eesmärk ei ole lihtsalt katte eluea maksimeerimine. Selle eesmärk on säilitada sustseptori ja vahvli vahel korratav suhe kogu komponendi tööperioodi jooksul.

See tähendab järgmiste kombinatsioonide säilitamist:

Mõõtmete stabiilsus + termiline konsistents + pinna terviklikkus + madal saastumine + madal osakeste oht

mida nõuab epitaksiprotsess.

KKK

1. Mida teeb SiC-ga kaetud grafiidisustseptor epitaksis?  

See toetab vahvlit, toimides samal ajal reaktori soojusvälja osana ja protsessile suunatud pinnana vahvli all. Selle geomeetria ja pinna seisukord aitavad määratleda vahvli kohalikku termilist keskkonda.

2. Miks on grafiidisustseptorid kaetud SiC-ga?  

Grafiit tagab töödeldavuse ja kasuliku termilise käitumise, samas kui CVD SiC tagab keemiliselt stabiilsema ja saastekindlama protsessile suunatud pinna.

3. Kuidas mõjutab sustseptori lamedus epitaksiaalset ühtlust?  

Tasasus muudab vahvli ja sustseptori vahelist geomeetrilist ja termilist suhet. Liigne kõrvalekalle võib muuta kohalikku soojusülekannet ja põhjustada vahvlite temperatuuri ebaühtlust.

4. Kas SiC katte kahjustused võivad mõjutada vahvli kvaliteeti?  

Katte kahjustused võivad mõjutada protsessi stabiilsust, paljastades grafiidi, tekitades osakesi või muutes kohalikku pinna seisundit. Praktiline mõju sõltub kahjustuse asukohast ja raskusastmest ning reaktori protsessist.

5. Millist teavet on vaja kohandatud või asendussustseptori RFQ jaoks?  

Esitage reaktori mudel, protsessi tüüp, vahvli suurus, joonis või STEP-fail, tasku geomeetria, tasasus ja kriitilised tolerantsid, grafiidinõue, ränikarbiidi katte spetsifikatsioon, pinnaviimistlus, kontrollinõuded ja kogus.

Viited

1. SGL-süsinik – grafiidisusseptorid ja komponendid räni ja ränikarbiidi epitaksi jaoks. Tehniline teave kõrge puhtusastmega isostaatilise grafiidi, homogeensete SiC-katete, mõõtmete tolerantside ja epitaksirakenduste kohta.

2. SGL Carbon – ASM Epsilon reaktorite sustseptorid. Tehniline teave taskuprofiili, tasasuse, pinnaviimistluse, puhtuse, katte ja mõõtmete kontrolli kohta räni epitaksia sustseptorite kohta.

3. Mersen — pooljuhtide protsessiseadmed. Tehniline teave ülipuhta SiC-ga kaetud grafiidi, CTE-ühilduvuse, täppistöötluse ja epitaksi-/MOCVD-rakenduste kohta.