सेमीकंडक्टर एपिटॅक्सीसाठी ग्रेफाइटला सिलिकॉन कार्बाइड का लेपित केले जाते?

सेमीकंडक्टर एपिटॅक्सीमध्ये, ग्रेफाइट क्वचितच निवडला जातो कारण तो उच्च तापमानाचा सामना करू शकतो. त्याचे खरे मूल्य यंत्रक्षमता, थर्मल रिस्पॉन्स, इलेक्ट्रिकल वर्तन आणि बॅरल ससेप्टर्स, पॅनकेक ससेप्टर्स, सिंगल-वेफर होल्डर्स आणि MOCVD वाहक यांसारखे जटिल अणुभट्टी घटक तयार करण्याची क्षमता यांच्या संयोजनात आहे. तरीही हे फायदे प्रदान करणारी समान ग्रेफाइट पृष्ठभाग एपिटॅक्सी वातावरणात थेट आणि वारंवार येण्यासाठी नेहमीच योग्य नसते. म्हणूनच अनेक गंभीर ग्रेफाइट घटक घनतेने संरक्षित आहेतरासायनिक बाष्प जमा सिलिकॉन कार्बाइड लेप, जे सामान्यतः वर्णन केले जाते ते तयार करणेSiC-लेपित ग्रेफाइट.

अभियांत्रिकी संकल्पना सोपी पण महत्त्वाची आहे: ग्रेफाइट बॉडी स्ट्रक्चरल आणि थर्मल प्लॅटफॉर्म प्रदान करते, तर CVD SiC लेयर प्रक्रिया-फेसिंग पृष्ठभाग बनते. परिणामी घटकाला पर्यायी संरक्षणात्मक स्तरासह ग्रेफाइट म्हणून न मानता एक एकीकृत सामग्री प्रणाली म्हणून विचारात घेतले पाहिजे.

एपिटॅक्सी अणुभट्ट्यांमध्ये ग्रेफाइट महत्त्वाचे का राहते

एपिटॅक्सी ससेप्टर फक्त वेफर धरून ठेवण्यापेक्षा बरेच कार्य करते. हे वेफरची यांत्रिक स्थिती स्थापित करते, उष्णता हस्तांतरणात भाग घेते आणि अणुभट्टीच्या डिझाइनवर अवलंबून, रोटेशन, इंडक्शन हीटिंग आणि गॅस प्रवाह यांच्याशी संवाद साधते. खिशाची खोली, सपाटपणा, पृष्ठभाग प्रोफाइल किंवा थर्मल वर्तनातील लहान बदल स्थानिक वेफर वातावरण बदलू शकतात आणि शेवटी एपिटॅक्सियल एकरूपतेवर परिणाम करतात.

ही आवश्यकता सूक्ष्म-धान्य आणि आयसोस्टॅटिक ग्रेफाइटचा सतत वापर स्पष्ट करते. ग्रेफाइट हे भूमितीमध्ये अचूक-मशिन केले जाऊ शकते जे बऱ्याच दाट सिरॅमिक सामग्रीपासून तयार करणे अधिक कठीण किंवा महाग असेल. हे अनेक हॉट-वॉल आणि इंडक्शन-हीटेड रिॲक्टर संकल्पनांशी सुसंगत थर्मल आणि इलेक्ट्रिकल वैशिष्ट्ये देखील प्रदान करते.

व्यावसायिक सिलिकॉनसाठी आणिSiC epitaxy, SGL कार्बन उच्च-शक्तीच्या आयसोस्टॅटिक ग्रेफाइटला कोटेड ससेप्टर्ससाठी आधारभूत सामग्री म्हणून ओळखतो आणि नोंदवतो की ससेप्टर सामग्रीच्या गुणवत्तेचा एपिटॅक्सियल लेयरच्या गुणवत्तेवर थेट प्रभाव पडतो. त्यामुळे घट्ट मितीय सहिष्णुता, एकसंध कोटिंग आणि शुद्धता या स्वतंत्र वैशिष्ट्यांऐवजी जोडलेल्या आवश्यकता मानल्या जातात.

अडचण अशी आहे की थर्मल बॉडी तयार करण्यासाठी योग्य सामग्री प्रक्रिया वातावरणाशी संपर्क साधण्यासाठी इष्टतम पृष्ठभाग आवश्यक नाही. हा फरक सिलिकॉन कार्बाइड वापरण्याचे मूलभूत कारण आहे.

बेअर ग्रेफाइट ही एक आदर्श प्रक्रिया-फेसिंग पृष्ठभाग का नाही

A बेअर ग्रेफाइट घटकउच्च तापमान, प्रतिक्रियाशील पूर्ववर्ती वायू आणि वारंवार गरम करणे आणि थंड करणे अशा वातावरणात चालते. या परिस्थितीत, पृष्ठभाग हळूहळू अणुभट्टीच्या रसायनशास्त्राचा भाग बनू शकतो.

सिलिकॉन कार्बाइड एपिटॅक्सीमध्ये ही समस्या विशेषतः स्पष्ट आहे. क्लोराईड-आधारित SiC CVD वरील प्रकाशित कार्य विशेषत: वाढीदरम्यान गरम ग्रेफाइटमधून अशुद्धता आणि अतिरिक्त हायड्रोकार्बन्स सोडण्यापासून रोखण्यासाठी SiC सह लेपित ग्रेफाइट ससेप्टर्सचे वर्णन करते. त्याच कार्याने अहवाल दिला आहे की हॉट स्पॉट्सवर SiC कोटिंगच्या ऱ्हासामुळे रन-टू-रन पुनरुत्पादनक्षमतेवर परिणाम होऊ शकतो, हे स्पष्ट करते की ससेप्टर पृष्ठभागाची स्थिती प्रक्रियेचाच एक भाग बनू शकते.

त्यामुळे जोखीम साध्या ऑक्सिडेशनपेक्षा व्यापक आहे. थेट प्रदर्शनामुळे रासायनिक हल्ला, पृष्ठभाग खडबडीत होणे, कणांची मुक्तता, ट्रेस अशुद्धता किंवा ग्रेफाइट आणि प्रक्रिया वायू यांच्यातील अवांछित प्रतिक्रिया होऊ शकतात. क्लीनिंग सायकल्स आणखी एक ताण यंत्रणा आणू शकतात कारण एकाच घटकाने डिपॉझिशन केमिस्ट्री आणि चेंबर-क्लीनिंग केमिस्ट्री या दोहोंमध्ये वारंवार टिकून राहणे आवश्यक आहे.

सेमीकंडक्टर उत्पादनासाठी, हे एक अवांछित फीडबॅक लूप तयार करते. पृष्ठभागाच्या निकृष्टतेमुळे ससेप्टरची स्थिती बदलते; बदलणारे ससेप्टर वेफरच्या सभोवतालची स्थानिक रासायनिक आणि थर्मल सीमा सुधारू शकतो; आणि बदलणारी सीमा प्रक्रियेची पुनरावृत्ती कमी करू शकते.

म्हणून कोटिंग ग्रेफाइटचा उद्देश केवळ भाग "अधिक गंज प्रतिरोधक" बनवणे नाही. ठेवणे आहेप्रक्रियेला तोंड देणारी सीमा कालांतराने अधिक स्थिर होते.

ग्रेफाइट आणि प्रक्रिया दरम्यान एक कार्यात्मक इंटरफेस म्हणून CVD SiC

CVD SiC कोटिंग मशीन केलेल्या ग्रेफाइट शरीरावर दाट सिलिकॉन कार्बाइड पृष्ठभाग तयार करते. व्यावसायिक SiC कोटिंग्स साधारणतः 1,200°C पेक्षा जास्त तापमानात रासायनिक बाष्प जमा करून जमा केले जातात. SGL कार्बन 1,200–1,300°C च्या ठराविक जमा तापमानाचा अहवाल देतो आणि विशेषत: थर्मल ताण कमी करण्यासाठी ग्रेफाइट सब्सट्रेटचे थर्मल-विस्तार वर्तन कोटिंगशी जुळले पाहिजे यावर जोर देते.

एकदा जमा केल्यावर, SiC लेयर ग्रेफाइट आणि अणुभट्टी वातावरणामधील कार्यात्मक इंटरफेस म्हणून कार्य करते. त्याच्या रासायनिक प्रतिकारामुळे अंतर्निहित कार्बनवर थेट हल्ला कमी होतो. त्याची घनता प्रक्रिया वातावरणात ग्रेफाइटच्या थेट प्रदर्शनास मर्यादित करते. त्याची उच्च शुद्धता वेफरच्या जवळ अधिक नियंत्रित पृष्ठभाग प्रदान करते आणि त्याची यांत्रिक अखंडता इरोशन-संबंधित कण निर्मिती कमी करण्यास मदत करते.

हे फायदे अबाधित राहिलेल्या कोटिंगवर अवलंबून असतात. खराब जाडीची एकसमानता, स्थानिक पिनहोल्स, अवशिष्ट ताण किंवा कमकुवत आसंजन असलेले कोटिंग कालांतराने क्रॅक होऊ शकते किंवा कमी होऊ शकते. जेव्हा असे होते तेव्हा, ग्रेफाइट पुन्हा उघड होतो आणि संरक्षणात्मक कार्य स्थानिक पातळीवर गमावले जाते.

या कारणास्तव, कोटिंगची जाडी एकट्या अर्थपूर्ण गुणवत्ता मेट्रिक नाही. अधिक उपयुक्त अभियांत्रिकी पॅरामीटर्सचे संयोजन आहेशुद्धता, घनता, पृष्ठभागाचा खडबडीतपणा, जाडी एकसमानता, मायक्रोस्ट्रक्चर, सब्सट्रेट सुसंगतता आणि इंटरफेस अखंडता.

मर्सेन त्याच्या सेमीकंडक्टर उपकरण मार्गदर्शनामध्ये समान मटेरियल-सिस्टम पध्दतीचे अनुसरण करते. हे एपिटॅक्सी आणि MOCVD साठी SiC सह लेपित अल्ट्रा-प्युअर ग्रेफाइटचे वर्णन करते आणि दीर्घकालीन कोटिंग अखंडतेची अट म्हणून ग्रेफाइट आणि सिलिकॉन कार्बाइड यांच्यातील CTE सुसंगतता विशेषतः हायलाइट करते.

व्यावहारिक दृष्टीने, सर्वात जाड SiC थर असलेला आदर्श घटक नाही. हे असे आहे ज्यामध्ये ग्रेफाइट ग्रेड, कोटिंग आर्किटेक्चर, मशीनिंग सहनशीलता आणि ऑपरेटिंग परिस्थिती पुनरावृत्ती प्रक्रिया चक्रांद्वारे स्थिर राहण्यासाठी पुरेशी जुळतात.

ससेप्टर भूमिती आणि सपाटपणा वेफर तापमान एकरूपतेवर कसा परिणाम करतात?

जेव्हा घटक केवळ उपभोग्य म्हणून न पाहता थर्मल फील्डचा भाग म्हणून पाहिला जातो तेव्हा SiC-कोटेड ससेप्टरचे मूल्य स्पष्ट होते.

सरलीकृत एपिटॅक्सी सिस्टीममधील ऊर्जा मार्ग खालीलप्रमाणे दर्शविला जाऊ शकतो:

उष्णता स्त्रोत → SiC-कोटेड ग्रेफाइट ससेप्टर → वेफर थर्मल सीमा → वेफर तापमान → एपिटॅक्सियल ग्रोथ

प्रत्येक इंटरफेस महत्त्वाचा. जर ससेप्टर विकृत झाला, जर पॉकेट्सचे परिमाण बदलले, जर ठेवी असमानपणे जमा झाल्या किंवा स्थानिक पातळीवर कोटिंग अयशस्वी झाल्यास, नाममात्र अणुभट्टीची कृती अपरिवर्तित राहिली तरीही वेफरद्वारे अनुभवलेल्या परिस्थिती बदलू शकतात.

म्हणूनच अचूक मशीनिंग आणि कोटिंगची गुणवत्ता घट्टपणे जोडलेली आहे. SGL कार्बन सिलिकॉन एपिटॅक्सी ससेप्टर्ससाठी पॉकेट प्रोफाइल, सपाटपणा, पृष्ठभाग पूर्ण करणे, शुद्धता आणि एकसंध SiC कोटिंगवर जोर देते आणि ससेप्टर गुणधर्मांना एपिटॅक्सियल-लेयर गुणवत्तेशी जोडते.

MOCVD मध्ये समान संबंध अस्तित्वात आहे. वेफर वाहक नियंत्रित थर्मल आणि प्रिकर्सर फील्डद्वारे सब्सट्रेट फिरवतात आणि वाहकाचे थर्मल वर्तन वेफर तापमान वितरणास योगदान देते. SGL कार्बनने नमूद केले आहे की LED आणि GaN-संबंधित MOCVD ऍप्लिकेशन्समध्ये वाहक कामगिरी नियंत्रित करण्यासाठी उच्च-शुद्धता ग्रेफाइट, एकसंध SiC कोटिंग्ज आणि घट्ट मितीय सहनशीलता वापरली जाते.

त्यामुळे एकट्या SiC कोटिंगमुळे “एपिटॅक्सियल उत्पन्न सुधारते” असा दावा करणे चुकीचे ठरेल. अधिक बचाव करण्यायोग्य अभियांत्रिकी निष्कर्ष असा आहे की एक स्थिर, चांगल्या प्रकारे डिझाइन केलेले SiC-कोटेड ग्रेफाइट घटक राखण्यास मदत करते.थर्मल, रासायनिक आणि दूषित सीमा परिस्थितीपुनरावृत्ती करण्यायोग्य एपिटॅक्सीसाठी आवश्यक.

तांत्रिक अचूकता आणि पुरवठादार पात्रता या दोन्हीसाठी हा फरक महत्त्वाचा आहे.

सिलिकॉन आणि SiC Epitaxy मधील आवश्यकता का भिन्न आहेत

अंतर्निहित सामग्री संकल्पना सिलिकॉन आणि SiC एपिटॅक्सीसाठी समान आहे, परंतु ऑपरेटिंग वातावरणाची तीव्रता भिन्न आहे.

सिलिकॉन एपिटॅक्सीमध्ये, उच्च-शुद्धता लेपित ससेप्टर्सने मितीय अचूकता, थर्मल एकरूपता आणि स्वच्छ प्रक्रिया पृष्ठभाग राखणे आवश्यक आहे. व्यावसायिक पुरवठादार सपाटपणा, पॉकेट भूमिती, मशीनिंग सहिष्णुता आणि कोटिंग एकजिनसीपणावर जोरदार भर देतात कारण ससेप्टर वेफर-हीटिंग सिस्टमचा भाग बनतो.

SiC epitaxy सामान्यत: गरम क्षेत्रावर जास्त थर्मल आणि रासायनिक ताण ठेवते. क्लोराईड-आधारित SiC वाढ, उदाहरणार्थ, प्रकाशित अणुभट्टी अभ्यासात सुमारे 1,570°C तापमानावर कार्य करू शकते. अशा परिस्थितीत, स्थानिकीकरण केलेल्या हॉट स्पॉट्सवर कोटिंग खराब होणे विशेषतः संबंधित बनते कारण ससेप्टर पृष्ठभागातील बदल एकाधिक धावांवर पुनरुत्पादनक्षमतेवर परिणाम करू शकतात.

म्हणून योग्य प्रश्न हा नाही की SiC कोटिंग एका प्रक्रियेसाठी दुसऱ्या प्रक्रियेपेक्षा “चांगली” आहे का. कोटिंग आर्किटेक्चर वास्तविकतेशी सुसंगत आहे की नाही हा योग्य प्रश्न आहेतापमान, वायू रसायनशास्त्र, थर्मल सायकल, साफसफाईची पद्धत आणि घटक भूमिती.

TaC सारख्या पर्यायी कोटिंगचे मूल्यांकन करताना किंवा ठोस SiC घटकांचा विचार करताना समान तर्क लागू होतो. सामग्रीच्या निवडीमध्ये सामान्य सामग्री पदानुक्रमापेक्षा प्रक्रिया वातावरणाचे पालन केले पाहिजे.

अभियांत्रिकी घटक म्हणून SiC-कोटेड ग्रेफाइट निर्दिष्ट करणे

तांत्रिकदृष्ट्या अर्थपूर्ण तपशील कोटिंगच्या ऐवजी अणुभट्टीपासून सुरू होतो.

ग्रेफाइट आणि कोटिंग आवश्यकता परिभाषित करण्यापूर्वी पुरवठादाराने एपिटॅक्सी प्रक्रिया, रिॲक्टर कॉन्फिगरेशन, वेफरचा आकार, घटक भूमिती, ऑपरेटिंग तापमान, प्रक्रिया वायू आणि स्वच्छता रसायनशास्त्र समजून घेतले पाहिजे. घटक रेखाचित्र नंतर पॉकेट भूमिती, सपाटपणा, गंभीर परिमाणे आणि पृष्ठभाग समाप्त स्थापित केले पाहिजे. या आवश्यकता समजल्यानंतरच कोटिंगची जाडी, एकसमानता, खडबडीतपणा आणि तपासणीचे निकष निश्चित केले जावेत.

हा दृष्टिकोन कमोडिटी विनंतीवरून RFQ बदलतो-

"कोट एSiC-लेपित ग्रेफाइट ससेप्टर.”

—वास्तविक प्रक्रियेभोवती तयार केलेल्या अभियांत्रिकी तपशीलासाठी.

एपिटॅक्सी घटकांसाठी, उद्दिष्ट केवळ कोटिंगचे आयुष्यभर जास्तीत जास्त वाढवणे नाही. समर्थन करणारा घटक राखणे हे उद्दिष्ट आहेस्थिर वेफर तापमान, नियंत्रित दूषितता, कमी कण जोखीम, मितीय सुसंगतता आणि पुनरावृत्ती करण्यायोग्य वाढीची परिस्थितीत्याच्या अभिप्रेत सेवा कालावधीत.

वारंवार विचारले जाणारे प्रश्न

1. एपिटॅक्सीमध्ये ग्रेफाइटला सिलिकॉन कार्बाइडने लेपित का केले जाते?

ग्रेफाइट यंत्रक्षमता आणि उपयुक्त थर्मल वैशिष्ट्ये प्रदान करते, तर CVD SiC रासायनिकदृष्ट्या स्थिर, उच्च-शुद्धता प्रक्रियेला तोंड देणारी पृष्ठभाग प्रदान करते. संयोजन जटिल ग्रेफाइट ससेप्टर्सना मागणी असलेल्या अर्धसंवाहक वातावरणात कार्य करण्यास अनुमती देते.

2.बेअर ग्रेफाइट का वापरू नये?

बेअर ग्रेफाइट प्रतिक्रियाशील वायूंशी संवाद साधू शकतो, अशुद्धता उघड करू शकतो, रफ बनवू शकतो किंवा कालांतराने कण तयार करू शकतो. एक दाट SiC कोटिंग ग्रेफाइटला प्रक्रिया वातावरणापासून वेगळे करते.

3. SiC कोटिंग दूषितपणा दूर करते का?

नाही. जेव्हा कोटिंग अबाधित राहते तेव्हा ते ग्रेफाइट-संबंधित दूषित होण्याचा धोका कमी करते, परंतु वायू, चेंबर पृष्ठभाग, ठेवी, हाताळणी आणि अणुभट्टीच्या इतर घटकांपासून देखील दूषितता उद्भवू शकते.

4. SiC कोटिंग थर्मल कार्यक्षमतेवर परिणाम करते का?

होय. कोटिंग, ग्रेफाइट सब्सट्रेट, घटक भूमिती आणि पृष्ठभागाची स्थिती एकत्रितपणे ससेप्टर आणि वेफरमधील थर्मल सीमेवर प्रभाव पाडतात. त्यामुळे संपूर्ण घटकाचा भाग म्हणून कोटिंगचे मूल्यांकन केले पाहिजे.

5. RFQ मध्ये कोणती माहिती समाविष्ट करावी?

उपयुक्त RFQ मध्ये अणुभट्टीचे मॉडेल, प्रक्रियेचा प्रकार, वेफर आकार, घटक रेखाचित्र, ऑपरेटिंग तापमान, प्रक्रिया आणि साफ करणारे वायू, ग्रेफाइट आवश्यकता, कोटिंग तपशील, गंभीर सहनशीलता, पृष्ठभाग समाप्त, तपासणी निकष आणि आवश्यक प्रमाण यांचा समावेश असावा.

संदर्भ

1. SGL कार्बन. सिलिकॉन आणि SiC Epitaxy साठी ग्रेफाइट ससेप्टर्स आणि घटक.

2. SGL कार्बन. SIGRAFINE® SiC कोटिंग.  

3. मर्सेन. सेमीकंडक्टर प्रक्रिया उपकरणे - सिलिकॉन कार्बाइडसह लेपित अल्ट्रा-प्युअर ग्रेफाइट. पेडरसन, एच. आणि इतर. क्लोराईड-आधारित CVD वापरून SiC Epitaxy वाढ. क्रिस्टल ग्रोथ जर्नल.