Yarımkeçirici epitaksiya üçün niyə qrafit silisium karbidlə örtülmüşdür?

Yarımkeçirici epitaksiyada qrafit çox nadir hallarda seçilir, çünki o, yüksək temperatura tab gətirə bilir. Onun real dəyəri emal qabiliyyəti, istilik reaksiyası, elektrik davranışı və barrel reseptorları, pancake qəbulediciləri, tək vafli tutucular və MOCVD daşıyıcıları kimi mürəkkəb reaktor komponentlərini yaratmaq qabiliyyətinin birləşməsindədir. Bununla belə, bu üstünlükləri təmin edən eyni qrafit səthi epitaksiya mühitinə birbaşa və təkrar məruz qalma üçün həmişə uyğun deyil. Buna görə bir çox kritik qrafit komponentləri sıx bir təbəqə ilə qorunurkimyəvi buxar çökdürülmüş silisium karbid örtüyü, ümumi olaraq təsvir edilənləri yaratmaqSiC örtüklü qrafit.

Mühəndislik konsepsiyası sadə, lakin vacibdir: qrafit gövdəsi struktur və istilik platformasını təmin edir, CVD SiC təbəqəsi isə prosesə baxan səthə çevrilir. Nəticədə yaranan komponent, əlavə qoruyucu təbəqə ilə qrafit kimi deyil, vahid inteqrasiya edilmiş material sistemi kimi qəbul edilməlidir.

Niyə Qrafit Epitaksiya Reaktorlarında Əhəmiyyətli Qalır

Epitaksiya həssaslığı sadəcə vafli tutmaqdan daha çox iş görür. O, vaflinin mexaniki mövqeyini təyin edir, istilik ötürülməsində iştirak edir və reaktorun dizaynından asılı olaraq fırlanma, induksiya isitmə və qaz axını ilə qarşılıqlı əlaqədə olur. Cibin dərinliyində, düzlüyündə, səth profilində və ya istilik davranışında kiçik dəyişikliklər yerli vafli mühiti dəyişə bilər və nəticədə epitaksial vahidliyə təsir edə bilər.

Bu tələb incə dənəli və izostatik qrafitin davamlı istifadəsini izah edir. Qrafit, bir çox sıx keramika materiallarından istehsalı xeyli çətin və ya bahalı olan həndəsələrə dəqiqliklə emal edilə bilər. O, həmçinin bir neçə isti divar və induksiya ilə qızdırılan reaktor konseptlərinə uyğun olan istilik və elektrik xüsusiyyətlərini təmin edir.

Ticari silikon üçün vəSiC epitaksiyası, SGL Carbon örtülmüş susseptorlar üçün əsas material kimi yüksək möhkəmlikli izostatik qrafiti müəyyən edir və qeyd edir ki, həssas materialın keyfiyyəti epitaksial təbəqənin keyfiyyətinə birbaşa təsir göstərir. Sıx ölçülü toleranslar, homojen örtük və təmizlik müstəqil spesifikasiyalardan daha çox əlaqəli tələblər kimi qəbul edilir.

Çətinlik ondan ibarətdir ki, istilik gövdəsinin qurulması üçün uyğun olan material proses atmosferi ilə təmasda olmaq üçün mütləq optimal səth deyil. Bu fərq silisium karbidinin tətbiqinin əsas səbəbidir.

Niyə çılpaq qrafit prosesə baxan ideal bir səth deyil

A çılpaq qrafit komponentiyüksək temperatur, reaktiv prekursor qazları və təkrar isitmə və soyutma olan mühitdə işləyir. Bu şəraitdə səth tədricən reaktor kimyasının bir hissəsinə çevrilə bilər.

Silikon karbid epitaksiyasında bu məsələ xüsusilə aydındır. Xlorid əsaslı SiC CVD ilə bağlı nəşr olunmuş iş, böyümə zamanı isti qrafitdən çirklərin və əlavə karbohidrogenlərin ayrılmasının qarşısını almaq üçün xüsusi olaraq SiC ilə örtülmüş qrafit həssaslarını təsvir edir. Eyni iş bildirir ki, isti nöqtələrdə SiC örtüyünün deqradasiyası qaçışdan-çalışmağa təsir göstərə bilər və bu, həssas səthin vəziyyətinin prosesin özünün bir hissəsi ola biləcəyini göstərir.

Beləliklə, risk sadə oksidləşmədən daha genişdir. Birbaşa məruz qalma kimyəvi hücuma, səthin proqressiv kobudlaşmasına, hissəciklərin sərbəst buraxılmasına, iz çirklərinin ifşasına və ya qrafit və proses qazı arasında arzuolunmaz reaksiyalara səbəb ola bilər. Təmizləmə dövrləri başqa bir stress mexanizmini təqdim edə bilər, çünki eyni komponent həm çökmə kimyası, həm də kamera təmizləyici kimyadan dəfələrlə sağ qalmalıdır.

Yarımkeçiricilərin istehsalı üçün bu, arzuolunmaz əks əlaqə dövrəsini yaradır. Səthin deqradasiyası susseptorun vəziyyətini dəyişir; Dəyişən sensor vafli ətrafındakı yerli kimyəvi və istilik sərhədini dəyişdirə bilər; və dəyişən sərhəd prosesin təkrarlanmasını azalda bilər.

Beləliklə, qrafiti örtməkdə məqsəd sadəcə hissəni “korroziyaya daha davamlı” etmək deyil. saxlamaq üçündürproseslə üzləşən sərhəd zamanla daha sabit olur.

Qrafit və Proses Arasında Funksional İnterfeys kimi CVD SiC

CVD SiC örtüyü işlənmiş qrafit gövdəsi üzərində sıx silisium karbid səthi yaradır. Ticarət SiC örtükləri adətən təqribən 1200°C-dən yuxarı temperaturda kimyəvi buxarın çökməsi ilə çökdürülür. SGL Carbon 1200-1300°C tipik çökmə temperaturlarını bildirir və xüsusi olaraq vurğulayır ki, istilik gərginliyini minimuma endirmək üçün qrafit substratın istilik-genişləmə davranışı örtüklə uyğunlaşdırılmalıdır.

Yatırıldıqdan sonra SiC təbəqəsi qrafit və reaktor atmosferi arasında funksional interfeys rolunu oynayır. Onun kimyəvi müqaviməti əsas karbona birbaşa hücumu azaldır. Onun sıxlığı qrafitin proses mühitinə birbaşa təsirini məhdudlaşdırır. Onun yüksək təmizliyi vafliyə yaxın daha idarə olunan səth təmin edir və mexaniki bütövlüyü eroziya ilə əlaqəli hissəciklərin əmələ gəlməsini azaltmağa kömək edir.

Bu üstünlüklər örtünün toxunulmaz qalmasından asılıdır. Zəif qalınlığı, yerli pin dəlikləri, qalıq gərginliyi və ya zəif yapışması olan örtük sonda çatlaya və ya delaminasiya edə bilər. Bu baş verdikdə, qrafit yenidən ifşa olunur və qoruyucu funksiya yerli olaraq itirilir.

Bu səbəbdən, tək örtük qalınlığı mənalı keyfiyyət göstəricisi deyil. Daha faydalı mühəndislik parametrləri birləşməsidirtəmizlik, sıxlıq, səth pürüzlülüyü, qalınlığın vahidliyi, mikrostruktur, substrat uyğunluğu və interfeys bütövlüyü.

Mersen yarımkeçirici avadanlığın rəhbərliyində eyni material-sistem yanaşmasını izləyir. O, epitaksiya və MOCVD üçün SiC ilə örtülmüş ultra təmiz qrafiti təsvir edir və uzunmüddətli örtük bütövlüyünün şərti kimi qrafit və silisium karbid arasında CTE uyğunluğunu xüsusilə vurğulayır.

Praktik baxımdan ideal komponent ən qalın SiC təbəqəsi olan komponent deyil. Bu, qrafit dərəcəsinin, örtük arxitekturasının, emal toleranslarının və iş şəraitinin təkrarlanan proses dövrlərində sabit qalmaq üçün kifayət qədər yaxşı uyğunlaşdırıldığı biridir.

Suseptor həndəsəsi və düzlük vafli temperatur vahidliyinə necə təsir edir?

Komponentə sadəcə istehlak materialı kimi deyil, istilik sahəsinin bir hissəsi kimi baxıldıqda SiC ilə örtülmüş sensorun dəyəri daha aydın olur.

Sadələşdirilmiş epitaksiya sistemindəki enerji yolu aşağıdakı kimi təqdim edilə bilər:

İstilik mənbəyi → SiC ilə örtülmüş qrafit qəbuledicisi → vaflinin termal sərhədi → vaflinin temperaturu → epitaksial artım

Hər bir interfeys vacibdir. Qəbuledici pozularsa, ciblər ölçüsünü dəyişirsə, çöküntülər qeyri-bərabər yığılırsa və ya örtük yerli olaraq sıradan çıxsa, vaflinin yaşadığı şərtlər hətta nominal reaktor resepti dəyişməz qaldıqda da dəyişə bilər.

Buna görə də dəqiq emal və örtük keyfiyyəti sıx bağlıdır. SGL Carbon silisium epitaksisi qəbulediciləri üçün cib profilini, düzlüyünü, səthi bitirməni, saflığı və homojen SiC örtüyünü vurğulayır və həmçinin həssaslıq xüsusiyyətlərini epitaksial təbəqənin keyfiyyəti ilə əlaqələndirir.

Oxşar əlaqə MOCVD-də də mövcuddur. Gofret daşıyıcıları substratları idarə olunan istilik və prekursor sahəsi vasitəsilə fırladır və daşıyıcının istilik davranışı vafli temperaturun paylanmasına kömək edir. SGL Carbon qeyd edir ki, yüksək təmizlikli qrafit, homojen SiC örtükləri və sıx ölçülü toleranslar LED və GaN ilə əlaqəli MOCVD tətbiqlərində daşıyıcı performansına nəzarət etmək üçün istifadə olunur.

Buna görə də, tək SiC örtüyünün "epitaksial məhsuldarlığı yaxşılaşdırdığını" iddia etmək düzgün olmazdı. Daha etibarlı mühəndislik qənaəti ondan ibarətdir ki, sabit, yaxşı dizayn edilmiş SiC örtüklü qrafit komponentiistilik, kimyəvi və çirklənmə sərhədi şərtləritəkrarlanan epitaksiya üçün tələb olunur.

Bu fərq həm texniki dəqiqlik, həm də təchizatçı ixtisası üçün vacibdir.

Niyə Tələblər Silikon və SiC Epitaksiyası Arasında Fərqlidir

Əsas material konsepsiyası silikon və SiC epitaksisi üçün oxşardır, lakin əməliyyat mühitinin şiddəti fərqlidir.

Silikon epitaksiyada yüksək təmizlikdə örtülmüş həssaslar ölçü dəqiqliyini, istilik vahidliyini və təmiz proses səthini saxlamalıdır. Kommersiya tədarükçüləri hamarlığa, cib həndəsəsinə, emal tolerantlığına və örtüyün homojenliyinə böyük diqqət yetirirlər, çünki susseptor vafli istilik sisteminin bir hissəsini təşkil edir.

SiC epitaksisi adətən isti zonada daha çox istilik və kimyəvi gərginlik yaradır. Xlorid əsaslı SiC artımı, məsələn, dərc edilmiş reaktor tədqiqatlarında təxminən 1570°C temperaturda işləyə bilər. Belə şəraitdə, lokallaşdırılmış qaynar nöqtələrdə örtüyün deqradasiyası xüsusilə aktuallaşır, çünki həssas səthdəki dəyişikliklər çoxlu dövrlərdə təkrar istehsala təsir göstərə bilər.

Buna görə də uyğun sual SiC örtüyünün bir proses üçün digərindən daha yaxşı olub-olmaması deyil. Doğru sual, örtük arxitekturasının faktiki ilə uyğun olub-olmamasıdırtemperatur, qaz kimyası, istilik dövrü, təmizləmə üsulu və komponentlərin həndəsəsi.

Eyni məntiq TaC kimi alternativ örtükləri qiymətləndirərkən və ya bərk SiC komponentlərini nəzərdən keçirərkən tətbiq olunur. Material seçimi ümumi material iyerarxiyasından çox proses mühitinə uyğun olmalıdır.

Mühəndislik Komponenti kimi SiC örtüklü qrafiti təyin etmək

Texniki cəhətdən mənalı spesifikasiya örtükdən deyil, reaktordan başlayır.

Təchizatçı qrafit və örtük tələblərini müəyyən etməzdən əvvəl epitaksiya prosesini, reaktorun konfiqurasiyasını, vafli ölçüsünü, komponentin həndəsəsini, iş temperaturunu, proses qazlarını və təmizləmə kimyasını başa düşməlidir. Komponent rəsmi daha sonra cib həndəsəsini, düzlüyünü, kritik ölçüləri və səthin bitməsini təyin etməlidir. Yalnız bu tələblər başa düşüldükdən sonra örtük qalınlığı, vahidlik, pürüzlülük və yoxlama meyarları yekunlaşdırılmalıdır.

Bu yanaşma RFQ-ni əmtəə sorğusundan dəyişir—

“Sitat aSiC ilə örtülmüş qrafit qəbuledicisi.”

— faktiki proses ətrafında qurulmuş mühəndislik spesifikasiyasına.

Epitaksiya komponentləri üçün məqsəd sadəcə örtükün istifadə müddətini artırmaq deyil. Məqsəd dəstəkləyən komponenti saxlamaqdırsabit vafli temperaturu, nəzarət edilən çirklənmə, aşağı hissəcik riski, ölçülü tutarlılıq və təkrarlanan böyümə şərtlərinəzərdə tutulan xidmət müddəti ərzində.

Tez-tez verilən suallar

1. Nə üçün qrafit epitaksiyada silisium karbidlə örtülür?

Qrafit emal qabiliyyətini və faydalı istilik xüsusiyyətlərini təmin edir, CVD SiC isə kimyəvi cəhətdən dayanıqlı, yüksək təmizlikdə prosesə baxan səth təmin edir. Kombinasiya mürəkkəb qrafit qəbuledicilərinə tələbkar yarımkeçirici mühitlərdə işləməyə imkan verir.

2. Niyə çılpaq qrafitdən istifadə etmirsiniz?

Çılpaq qrafit reaktiv qazlarla qarşılıqlı əlaqədə ola bilər, çirkləri ifşa edə bilər, zamanla kobudlaşa və ya hissəciklər yarada bilər. Sıx bir SiC örtüyü qrafiti proses atmosferindən ayırır.

3. SiC örtüyü çirklənməni aradan qaldırırmı?

Xeyr. Bu örtük bütöv qaldıqda qrafitlə əlaqəli çirklənmə riskini azaldır, lakin çirklənmə qazlar, kamera səthləri, çöküntülər, işlənmə və reaktorun digər komponentlərindən də yarana bilər.

4. SiC örtüyü istilik performansına təsir edirmi?

Bəli. Kaplama, qrafit substratı, komponentin həndəsəsi və səthin vəziyyəti birlikdə suseptor və vafli arasındakı istilik sərhədinə təsir göstərir. Buna görə örtük tam komponentin bir hissəsi kimi qiymətləndirilməlidir.

5. RFQ-ya hansı məlumat daxil edilməlidir?

Faydalı RFQ reaktor modeli, proses növü, vafli ölçüsü, komponentin təsviri, iş temperaturu, proses və təmizləyici qazlar, qrafit tələbləri, örtük spesifikasiyası, kritik dözümlülüklər, səthin bitirilməsi, yoxlama meyarları və tələb olunan miqdarı əhatə etməlidir.

İstinadlar

1. SGL Karbon. Silikon və SiC Epitaksi üçün Qrafit Suseptorları və Komponentləri.

2. SGL Karbon. SIGRAFINE® SiC örtük.  

3. Mersen. Yarımkeçirici Proses Avadanlığı — Silikon Karbid ilə örtülmüş Ultra Saf Qrafit. Pedersen, H. və başqaları. Xlorid əsaslı CVD istifadə edərək SiC Epitaksi artımı. Crystal Growth jurnalı.