सेमीकंडक्टर एपिटैक्सी के लिए ग्रेफाइट को सिलिकॉन कार्बाइड से क्यों लेपित किया जाता है?

सेमीकंडक्टर एपिटैक्सी में, ग्रेफाइट को शायद ही कभी चुना जाता है क्योंकि यह उच्च तापमान का सामना कर सकता है। इसका वास्तविक मूल्य मशीनेबिलिटी, थर्मल प्रतिक्रिया, विद्युत व्यवहार और बैरल ससेप्टर्स, पैनकेक ससेप्टर्स, सिंगल-वेफर धारकों और एमओसीवीडी वाहक जैसे जटिल रिएक्टर घटकों को बनाने की क्षमता के संयोजन में निहित है। फिर भी वही ग्रेफाइट सतह जो ये लाभ प्रदान करती है, एपिटेक्सी वातावरण के सीधे और बार-बार संपर्क के लिए हमेशा उपयुक्त नहीं होती है। यही कारण है कि कई महत्वपूर्ण ग्रेफाइट घटकों को सघनता से संरक्षित किया जाता हैरासायनिक वाष्प जमा सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंग, जिसे आमतौर पर वर्णित किया जाता है उसे बनानाSiC-लेपित ग्रेफाइट.

इंजीनियरिंग अवधारणा सरल लेकिन महत्वपूर्ण है: ग्रेफाइट बॉडी संरचनात्मक और थर्मल प्लेटफॉर्म प्रदान करती है, जबकि सीवीडी सीआईसी परत प्रक्रिया-सामना करने वाली सतह बन जाती है। इसलिए परिणामी घटक को वैकल्पिक सुरक्षात्मक परत वाले ग्रेफाइट के बजाय एक एकीकृत सामग्री प्रणाली के रूप में माना जाना चाहिए।

एपिटैक्सी रिएक्टरों में ग्रेफाइट क्यों महत्वपूर्ण रहता है?

एक एपिटेक्सी ससेप्टर केवल वेफर को पकड़ने की तुलना में काफी अधिक काम करता है। यह वेफर की यांत्रिक स्थिति स्थापित करता है, गर्मी हस्तांतरण में भाग लेता है और, रिएक्टर डिजाइन के आधार पर, रोटेशन, प्रेरण हीटिंग और गैस प्रवाह के साथ बातचीत करता है। पॉकेट की गहराई, समतलता, सतह प्रोफ़ाइल या थर्मल व्यवहार में छोटे परिवर्तन स्थानीय वेफर वातावरण को बदल सकते हैं और अंततः एपिटैक्सियल एकरूपता को प्रभावित कर सकते हैं।

यह आवश्यकता बारीक अनाज और आइसोस्टैटिक ग्रेफाइट के निरंतर उपयोग की व्याख्या करती है। ग्रेफाइट को ज्यामिति में सटीक रूप से मशीनीकृत किया जा सकता है जिसे कई घने सिरेमिक सामग्रियों से बनाना काफी कठिन या महंगा होगा। यह कई हॉट-वॉल और इंडक्शन-हीटेड रिएक्टर अवधारणाओं के साथ संगत थर्मल और इलेक्ट्रिकल विशेषताएं भी प्रदान करता है।

वाणिज्यिक सिलिकॉन के लिए औरSiC एपिटैक्सी, एसजीएल कार्बन लेपित सेसेप्टर्स के लिए आधार सामग्री के रूप में उच्च शक्ति वाले आइसोस्टैटिक ग्रेफाइट की पहचान करता है और नोट करता है कि सेसेप्टर सामग्री की गुणवत्ता का एपिटैक्सियल परत की गुणवत्ता पर सीधा प्रभाव पड़ता है। सख्त आयामी सहनशीलता, सजातीय कोटिंग और शुद्धता को स्वतंत्र विनिर्देशों के बजाय जुड़ी हुई आवश्यकताओं के रूप में माना जाता है।

कठिनाई यह है कि थर्मल बॉडी के निर्माण के लिए उपयुक्त सामग्री प्रक्रिया वातावरण के संपर्क के लिए आवश्यक रूप से इष्टतम सतह नहीं है। यह अंतर सिलिकॉन कार्बाइड लगाने का मूल कारण है।

नंगे ग्रेफाइट एक आदर्श प्रक्रिया-सामना वाली सतह क्यों नहीं है?

A नंगे ग्रेफाइट घटकउच्च तापमान, प्रतिक्रियाशील अग्रदूत गैसों और बार-बार गर्म करने और ठंडा करने वाले वातावरण में काम करता है। इन परिस्थितियों में, सतह धीरे-धीरे रिएक्टर रसायन विज्ञान का हिस्सा बन सकती है।

सिलिकॉन कार्बाइड एपिटैक्सी में यह मुद्दा विशेष रूप से स्पष्ट है। क्लोराइड-आधारित SiC CVD पर प्रकाशित कार्य विशेष रूप से विकास के दौरान गर्म ग्रेफाइट से निकलने वाली अशुद्धियों और अतिरिक्त हाइड्रोकार्बन को रोकने के लिए SiC के साथ लेपित ग्रेफाइट ससेप्टर्स का वर्णन करता है। वही कार्य रिपोर्ट करता है कि गर्म स्थानों पर SiC कोटिंग का क्षरण रन-टू-रन प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्यता को प्रभावित कर सकता है, यह दर्शाता है कि अतिसंवेदनशील सतह की स्थिति स्वयं प्रक्रिया का हिस्सा बन सकती है।

इसलिए जोखिम साधारण ऑक्सीकरण से अधिक व्यापक है। सीधे संपर्क से रासायनिक हमला, सतह का प्रगतिशील खुरदरापन, कणों का मुक्त होना, सूक्ष्म अशुद्धियों का संपर्क या ग्रेफाइट और प्रक्रिया गैस के बीच अवांछित प्रतिक्रिया हो सकती है। सफाई चक्र एक और तनाव तंत्र का परिचय दे सकते हैं क्योंकि एक ही घटक को जमाव रसायन और कक्ष-सफाई रसायन दोनों में बार-बार जीवित रहना चाहिए।

सेमीकंडक्टर उत्पादन के लिए, यह एक अवांछनीय फीडबैक लूप बनाता है। सतह के क्षरण से संग्राहक की स्थिति बदल जाती है; एक बदलता हुआ रिसेप्टर वेफर के चारों ओर स्थानीय रासायनिक और थर्मल सीमा को संशोधित कर सकता है; और बदलती सीमा प्रक्रिया की पुनरावृत्ति को कम कर सकती है।

इसलिए ग्रेफाइट कोटिंग का उद्देश्य केवल हिस्से को "अधिक संक्षारण प्रतिरोधी" बनाना नहीं है। इसे रखना हैसमय के साथ प्रक्रिया-सामना सीमा अधिक स्थिर हो जाती है.

सीवीडी SiC ग्रेफाइट और प्रक्रिया के बीच एक कार्यात्मक इंटरफ़ेस के रूप में

एक CVD SiC कोटिंग मशीनीकृत ग्रेफाइट बॉडी पर एक घनी सिलिकॉन कार्बाइड सतह बनाती है। वाणिज्यिक SiC कोटिंग्स आमतौर पर लगभग 1,200 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान पर रासायनिक वाष्प जमाव द्वारा जमा की जाती हैं। एसजीएल कार्बन 1,200-1,300 डिग्री सेल्सियस के विशिष्ट जमाव तापमान की रिपोर्ट करता है और विशेष रूप से इस बात पर जोर देता है कि थर्मल तनाव को कम करने के लिए ग्रेफाइट सब्सट्रेट के थर्मल-विस्तार व्यवहार को कोटिंग से मेल खाना चाहिए।

एक बार जमा होने के बाद, SiC परत ग्रेफाइट और रिएक्टर वातावरण के बीच एक कार्यात्मक इंटरफ़ेस के रूप में कार्य करती है। इसका रासायनिक प्रतिरोध अंतर्निहित कार्बन पर सीधे हमले को कम करता है। इसका घनत्व प्रक्रिया वातावरण में ग्रेफाइट के सीधे संपर्क को सीमित करता है। इसकी उच्च शुद्धता वेफर के करीब एक अधिक नियंत्रित सतह प्रदान करती है, और इसकी यांत्रिक अखंडता क्षरण-संबंधी कण उत्पादन को कम करने में मदद करती है।

ये फायदे कोटिंग के बरकरार रहने पर निर्भर करते हैं। खराब मोटाई की एकरूपता, स्थानीय पिनहोल, अवशिष्ट तनाव या कमजोर आसंजन वाली कोटिंग अंततः टूट सकती है या नष्ट हो सकती है। जब ऐसा होता है, तो ग्रेफाइट फिर से उजागर हो जाता है और सुरक्षात्मक कार्य स्थानीय रूप से खो जाता है।

इस कारण से, अकेले कोटिंग की मोटाई एक सार्थक गुणवत्ता मीट्रिक नहीं है। अधिक उपयोगी इंजीनियरिंग मापदंडों का संयोजन हैशुद्धता, घनत्व, सतह खुरदरापन, मोटाई एकरूपता, सूक्ष्म संरचना, सब्सट्रेट संगतता और इंटरफ़ेस अखंडता.

मेर्सन अपने अर्धचालक उपकरण मार्गदर्शन में समान सामग्री-प्रणाली दृष्टिकोण का पालन करता है। यह एपिटैक्सी और एमओसीवीडी के लिए SiC के साथ लेपित अल्ट्रा-शुद्ध ग्रेफाइट का वर्णन करता है और विशेष रूप से दीर्घकालिक कोटिंग अखंडता के लिए एक शर्त के रूप में ग्रेफाइट और सिलिकॉन कार्बाइड के बीच CTE संगतता पर प्रकाश डालता है।

व्यावहारिक रूप से, आदर्श घटक सबसे मोटी SiC परत वाला नहीं है। यह वह है जिसमें बार-बार प्रक्रिया चक्रों के माध्यम से स्थिर रहने के लिए ग्रेफाइट ग्रेड, कोटिंग आर्किटेक्चर, मशीनिंग सहनशीलता और परिचालन स्थितियां पर्याप्त रूप से मेल खाती हैं।

सुसेप्टर ज्यामिति और समतलता वेफर तापमान एकरूपता को कैसे प्रभावित करते हैं?

SiC-लेपित अतिसंवेदनशील का मूल्य तब स्पष्ट हो जाता है जब घटक को केवल उपभोग्य वस्तु के बजाय थर्मल क्षेत्र के हिस्से के रूप में देखा जाता है।

एक सरलीकृत एपिटेक्सी प्रणाली में ऊर्जा पथ को इस प्रकार दर्शाया जा सकता है:

ऊष्मा स्रोत → SiC-लेपित ग्रेफाइट सुसेप्टर → वेफर थर्मल सीमा → वेफर तापमान → एपिटैक्सियल ग्रोथ

प्रत्येक इंटरफ़ेस मायने रखता है. यदि ससेप्टर विकृत हो जाता है, यदि पॉकेट का आकार बदल जाता है, यदि जमा असमान रूप से जमा हो जाता है या यदि कोटिंग स्थानीय रूप से विफल हो जाती है, तो नाममात्र रिएक्टर नुस्खा अपरिवर्तित रहने पर भी वेफर द्वारा अनुभव की जाने वाली स्थितियाँ बदल सकती हैं।

यही कारण है कि परिशुद्धता मशीनिंग और कोटिंग गुणवत्ता एक-दूसरे से घनिष्ठ रूप से जुड़ी हुई हैं। एसजीएल कार्बन सिलिकॉन एपिटैक्सि ससेप्टर्स के लिए पॉकेट प्रोफाइल, समतलता, सतह खत्म, शुद्धता और सजातीय SiC कोटिंग पर जोर देता है और ससेप्टर गुणों को एपिटैक्सियल-लेयर गुणवत्ता से भी जोड़ता है।

एमओसीवीडी में भी ऐसा ही रिश्ता मौजूद है। वेफर वाहक एक नियंत्रित थर्मल और अग्रदूत क्षेत्र के माध्यम से सब्सट्रेट्स को घुमाते हैं, और वाहक का थर्मल व्यवहार वेफर तापमान वितरण में योगदान देता है। एसजीएल कार्बन नोट करता है कि एलईडी और जीएएन-संबंधित एमओसीवीडी अनुप्रयोगों में वाहक प्रदर्शन को नियंत्रित करने के लिए उच्च शुद्धता वाले ग्रेफाइट, सजातीय सीआईसी कोटिंग्स और तंग आयामी सहनशीलता का उपयोग किया जाता है।

इसलिए यह दावा करना गलत होगा कि अकेले SiC कोटिंग "एपिटैक्सियल उपज में सुधार करती है।" अधिक रक्षात्मक इंजीनियरिंग निष्कर्ष यह है कि एक स्थिर, अच्छी तरह से डिज़ाइन किया गया SiC-लेपित ग्रेफाइट घटक इसे बनाए रखने में मदद करता हैथर्मल, रासायनिक और संदूषण सीमा की स्थितिदोहराए जाने योग्य एपिटेक्सी के लिए आवश्यक है।

यह अंतर तकनीकी सटीकता और आपूर्तिकर्ता योग्यता दोनों के लिए महत्वपूर्ण है।

सिलिकॉन और SiC एपिटैक्सी के बीच आवश्यकताएँ भिन्न क्यों हैं?

अंतर्निहित सामग्री अवधारणा सिलिकॉन और SiC एपिटैक्सी के लिए समान है, लेकिन ऑपरेटिंग वातावरण की गंभीरता अलग है।

सिलिकॉन एपिटैक्सी में, उच्च शुद्धता वाले लेपित रिसेप्टर्स को आयामी सटीकता, थर्मल एकरूपता और एक साफ प्रक्रिया सतह बनाए रखनी चाहिए। वाणिज्यिक आपूर्तिकर्ता समतलता, पॉकेट ज्यामिति, मशीनिंग सहनशीलता और कोटिंग समरूपता पर मजबूत जोर देते हैं क्योंकि रिसेप्टर वेफर-हीटिंग सिस्टम का हिस्सा बनता है।

SiC एपिटैक्सी आमतौर पर गर्म क्षेत्र पर अधिक थर्मल और रासायनिक तनाव डालता है। उदाहरण के लिए, प्रकाशित रिएक्टर अध्ययनों में क्लोराइड-आधारित SiC वृद्धि 1,570°C के आसपास के तापमान पर काम कर सकती है। ऐसी परिस्थितियों में, स्थानीय गर्म स्थानों पर कोटिंग का क्षरण विशेष रूप से प्रासंगिक हो जाता है क्योंकि रिसेप्टर सतह में परिवर्तन कई बार पुनरुत्पादन क्षमता को प्रभावित कर सकता है।

इसलिए उचित प्रश्न यह नहीं है कि क्या SiC कोटिंग एक प्रक्रिया के लिए दूसरी प्रक्रिया से "बेहतर" है। सही सवाल यह है कि क्या कोटिंग आर्किटेक्चर वास्तविक के अनुकूल हैतापमान, गैस रसायन विज्ञान, थर्मल चक्र, सफाई विधि और घटक ज्यामिति.

TaC जैसी वैकल्पिक कोटिंग्स का मूल्यांकन करते समय या ठोस SiC घटकों पर विचार करते समय भी यही तर्क लागू होता है। सामग्री चयन को सामान्य सामग्री पदानुक्रम के बजाय प्रक्रिया परिवेश का पालन करना चाहिए।

एक इंजीनियरिंग घटक के रूप में SiC-लेपित ग्रेफाइट को निर्दिष्ट करना

तकनीकी रूप से सार्थक विशिष्टता कोटिंग के बजाय रिएक्टर से शुरू होती है।

आपूर्तिकर्ता को ग्रेफाइट और कोटिंग आवश्यकताओं को परिभाषित करने से पहले एपिटैक्सी प्रक्रिया, रिएक्टर कॉन्फ़िगरेशन, वेफर आकार, घटक ज्यामिति, ऑपरेटिंग तापमान, प्रक्रिया गैसों और सफाई रसायन विज्ञान को समझना चाहिए। घटक ड्राइंग को तब पॉकेट ज्यामिति, समतलता, महत्वपूर्ण आयाम और सतह खत्म स्थापित करना चाहिए। इन आवश्यकताओं को समझने के बाद ही कोटिंग की मोटाई, एकरूपता, खुरदरापन और निरीक्षण मानदंडों को अंतिम रूप दिया जाना चाहिए।

यह दृष्टिकोण कमोडिटी अनुरोध से आरएफक्यू को बदल देता है-

“उद्धरण एSiC-लेपित ग्रेफाइट सुसेप्टर।”

-वास्तविक प्रक्रिया के आसपास निर्मित एक इंजीनियरिंग विनिर्देश के लिए।

एपिटेक्सी घटकों के लिए, उद्देश्य केवल कोटिंग जीवनकाल को अधिकतम करना नहीं है। इसका उद्देश्य समर्थन करने वाले घटक को बनाए रखना हैस्थिर वेफर तापमान, नियंत्रित संदूषण, कम कण जोखिम, आयामी स्थिरता और दोहराने योग्य विकास की स्थितिअपनी इच्छित सेवा अवधि के दौरान।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

1. एपिटेक्सी में ग्रेफाइट को सिलिकॉन कार्बाइड से क्यों लेपित किया जाता है?

ग्रेफाइट मशीनीकरण और उपयोगी तापीय विशेषताएँ प्रदान करता है, जबकि सीवीडी SiC रासायनिक रूप से स्थिर, उच्च शुद्धता वाली प्रक्रिया-सामना वाली सतह प्रदान करता है। यह संयोजन जटिल ग्रेफाइट रिसेप्टर्स को मांग वाले अर्धचालक वातावरण में संचालित करने की अनुमति देता है।

2. नंगे ग्रेफाइट का उपयोग क्यों न करें?

नंगे ग्रेफाइट प्रतिक्रियाशील गैसों के साथ संपर्क कर सकते हैं, अशुद्धियों को उजागर कर सकते हैं, समय के साथ खुरदुरे हो सकते हैं या कण उत्पन्न कर सकते हैं। एक सघन SiC कोटिंग ग्रेफाइट को प्रक्रिया वातावरण से अलग करती है।

3.क्या SiC कोटिंग संदूषण को खत्म करती है?

नहीं, कोटिंग बरकरार रहने पर यह ग्रेफाइट से संबंधित संदूषण जोखिम को कम करता है, लेकिन संदूषण गैसों, कक्ष सतहों, जमा, हैंडलिंग और अन्य रिएक्टर घटकों से भी उत्पन्न हो सकता है।

4.क्या SiC कोटिंग थर्मल प्रदर्शन को प्रभावित करती है?

हाँ। कोटिंग, ग्रेफाइट सब्सट्रेट, घटक ज्यामिति और सतह की स्थिति मिलकर ससेप्टर और वेफर के बीच थर्मल सीमा को प्रभावित करती है। इसलिए कोटिंग का मूल्यांकन संपूर्ण घटक के भाग के रूप में किया जाना चाहिए।

5.आरएफक्यू में कौन सी जानकारी शामिल की जानी चाहिए?

एक उपयोगी आरएफक्यू में रिएक्टर मॉडल, प्रक्रिया प्रकार, वेफर आकार, घटक ड्राइंग, ऑपरेटिंग तापमान, प्रक्रिया और सफाई गैसें, ग्रेफाइट आवश्यकताएं, कोटिंग विनिर्देश, महत्वपूर्ण सहनशीलता, सतह खत्म, निरीक्षण मानदंड और आवश्यक मात्रा शामिल होनी चाहिए।

संदर्भ

1. एसजीएल कार्बन। सिलिकॉन और SiC एपिटैक्सी के लिए ग्रेफाइट ससेप्टर्स और घटक।

2. एसजीएल कार्बन। SIGRAFINE® SiC कोटिंग।  

3. मेर्सन। सेमीकंडक्टर प्रक्रिया उपकरण - सिलिकॉन कार्बाइड के साथ लेपित अल्ट्रा-शुद्ध ग्रेफाइट। पेडर्सन, एच. एट अल. क्लोराइड-आधारित सीवीडी का उपयोग करके SiC एपिटैक्सी वृद्धि। जर्नल ऑफ़ क्रिस्टल ग्रोथ.