तापीय एकरूपता नियंत्रण के लिए ग्रेफाइट बनाम ठोस SiC संवेदक

सेमीकंडक्टर और एपिटैक्सी प्रक्रिया के लिए, रिएक्टर के भीतर ससेप्टर एक महत्वपूर्ण तत्व है। यह वेफर को धारण करता है और उच्च तापमान पर काम करते समय ऊष्मा को वितरित करने का कार्य करता है। ससेप्टर के रूप में आमतौर पर उपयोग की जाने वाली दो सामग्रियां ठोस सिलिकॉन कार्बाइड ( सीवीडी एसआईसी ) और ग्रेफाइट क्रूसिबल इनमें ऊष्मा वितरित करने के अलग-अलग तरीके होते हैं जो वेफर की गुणवत्ता और उत्पादन क्षमता को प्रभावित करते हैं।

ग्रेफाइट और ठोस SiC संवेदकों में तापीय चालकता की तुलना

प्रक्रिया स्थिरता के संदर्भ में, यह महत्वपूर्ण है कि ऊष्मा किसी संवेदक के माध्यम से किस प्रकार वितरित होती है। ग्रेफाइट की उच्च तापीय चालकता एक मजबूत कारक है क्योंकि ऊष्मा माध्यम से तेजी से प्रवाहित होती है, जिससे लक्ष्य तापमान तक शीघ्रता से पहुंचा जा सकता है और इस प्रकार तापन और शीतलन का समय कम हो जाता है। ग्रेफाइट ऊष्मा को समान दिशाओं में वितरित नहीं करता है। यह संभव है कि ग्रेफाइट संरचना के भीतर असमान तापमान के कारण गर्म स्थानों का निर्माण और वेफर परत की मोटाई में भिन्नता हो सकती है।

ठोस SiC और सीवीडी एसआईसी कोटिंग यह अलग तरह से व्यवहार करता है। हालांकि ग्रेफाइट की तुलना में लक्ष्य तापमान तक पहुंचने में इसे अधिक समय लग सकता है, लेकिन ऊष्मा वेफर की सतह पर अधिक समान रूप से वितरित होती है, जिससे वेफर के केंद्र और किनारों पर तापमान अधिक स्थिर रहता है।

यह देखा गया कि जब वे ग्रेफाइट ससेप्टर का उपयोग कर रहे थे तो वेफर पर तापमान असमान था। ठोस पदार्थ का उपयोग शुरू करने के बाद स्थिति में सुधार आया। उच्च शुद्धता CVD SiC कच्चा माल अधिक समय तक गर्म करने के बावजूद वेफर के तापमान का वितरण स्थिर रहा।

इसलिए, ग्रेफाइट तेज़ है, जबकि ठोस SiC एकसमान है।

AIXTRON G5/G10 में CVD SiC कोटेड ग्रेफाइट अभी भी लोकप्रिय क्यों है?

लेकिन, कई एपिटैक्सी प्रणालियाँ अभी भी सीवीडी एसआईसी लेपित ग्रेफाइट का उपयोग करती हैं, विशेष रूप से उच्च मात्रा उत्पादन में। ग्रेफाइट को आसानी से और तेजी से गर्म किया जा सकता है; जिससे चक्र समय कम हो जाता है। ग्रेफाइट पर एसआईसी कोटिंग उच्च तापमान और संक्षारक गैसों के प्रति स्थायित्व सुनिश्चित करती है, साथ ही वेफर की चिकनी सतह को भी बनाए रखती है।

इस प्रकार, दोनों के लाभ प्राप्त होते हैं; अर्थात् ग्रेफाइट से ऊष्मा स्थानांतरण और SiC कोटिंग से स्थायित्व और कम घिसाव।

उदाहरण के लिए, एक उत्पादन लाइन में (पुराने) संवेदकों के साथ कणों की समस्या आ रही थी। उन्होंने पाया कि पुराने, लेपित ग्रेफाइट को ठोस SiC से बदलने के बजाय, वे पुराने ग्रेफाइट भाग को नए, लेपित ग्रेफाइट भाग से बदलकर स्थिर तापमान और मूल उत्पादन दर प्राप्त करने में सक्षम थे।

इस सामग्री की निरंतर स्वीकार्यता का एक अंतिम कारक रखरखाव है। लेपित ग्रेफाइट भाग का रखरखाव (मशीनिंग और मरम्मत) ठोस SiC भाग के रखरखाव की तुलना में सरल है। जब किसी भाग में घिसावट दिखाई देने लगती है, तो उसके अधिकांश भाग को पुनः लेपित या मशीनिंग करके बड़े पैमाने पर लागत में कमी लाई जा सकती है।

संक्षेप में, अंतिम उपयोगकर्ता के लिए कोई एक "सर्वोत्तम" सामग्री नहीं है। उनका निर्णय प्रक्रिया स्थिरता, नियमित रखरखाव कार्यक्रम और लागत नियंत्रण पर निर्भर करता है। AIXTRON भट्टी और एक स्थापित उत्पादन लाइन के साथ, CVD SiC लेपित ग्रेफाइट उनकी आवश्यकताओं का समाधान प्रदान करता है।

एपिटैक्सियल पार्ट्स के लिए लागत, जीवनकाल और प्रदर्शन की तुलना

एपिटैक्सियल पार्ट्स का चुनाव करते समय, अधिकांश लोग लागत, स्थायित्व और प्रक्रिया प्रदर्शन के बीच संतुलन बनाने की कोशिश करते हैं।

ग्रेफाइट सबसे कम खर्चीला और निर्माण में सबसे आसान घटक है, लेकिन अगर इसे सुरक्षित न रखा जाए, तो उच्च तापमान और प्रतिक्रियाशील गैसें इसे जल्दी ही नष्ट कर देती हैं। समय के साथ यह विकृत हो सकता है या छोटे-छोटे कण छोड़ सकता है जो वेफर की गुणवत्ता को खराब कर देते हैं।

सीवीडी एसआईसी-लेपित ग्रेफाइट लागत और प्रदर्शन के बीच एक संतुलित समाधान प्रस्तुत करता है। एसआईसी परत रासायनिक आक्रमण के प्रति उत्कृष्ट प्रतिरोध प्रदान करती है और सतह के घिसाव को प्रभावी ढंग से कम करती है।

सीवीडी कोटिंग वाले कई पुर्जों की सुरक्षात्मक परत पतली हो जाने पर उनकी मरम्मत या पुनः कोटिंग की जा सकती है, जिससे वे प्रभावी रूप से नए जैसे हो जाते हैं और उन्हें बदलना सस्ता पड़ता है। सॉलिड SiC उच्च स्तर की मजबूती प्रदान करता है, हालांकि इसकी लागत अधिक होती है, लेकिन यह आमतौर पर आकार में काफी स्थिर रहता है और लंबे समय तक उपयोग करने पर भी एक स्थिर प्रक्रिया प्रदान करता है।

इसके अलावा, इसमें गर्म होने और ठंडा होने के चक्र भी लंबे होंगे, और टूटने की स्थिति में इसे बदलने में अधिक लागत आएगी।

संक्षेप में, ग्रेफाइट सबसे कम खर्चीला और सबसे कम टिकाऊ होता है; सीवीडी एक प्रकार का SiC-लेपित ग्रेफाइट है: लागत, टिकाऊपन और प्रदर्शन के बीच एक समझौता; ठोस SiC में सबसे अधिक टिकाऊपन और स्थिर प्रदर्शन होता है, लेकिन यह खरीदने में अधिक महंगा होता है।

सबसे उपयुक्त भाग का चयन उत्पादन की मांगों और बजटीय सीमाओं पर निर्भर करता है।

बड़े व्यास वाले SiC एपिटैक्सी प्रक्रियाओं में थर्मल तनाव वितरण

सिलिकॉन कार्बाइड वेफर्स के आकार बढ़ने के साथ-साथ तापमान के तनाव को नियंत्रित करना महत्वपूर्ण हो जाता है। वेफर के भीतर तापमान में मामूली बदलाव भी क्रिस्टल में तनाव उत्पन्न कर सकता है।

रिएक्टर के भीतर ऊष्मा का स्रोत ससेप्टर, प्रवाह गैसें और चैम्बर की दीवारें हैं। यदि वेफर के पूरे क्षेत्र में तापमान एक समान नहीं है, तो वेफर के विभिन्न भाग अन्य भागों की तुलना में कम या अधिक फैलते हैं। ऐसा होने पर, वेफर में झुकाव, दोष या असमान एपिटैक्सियल वृद्धि हो सकती है।

वेफर्स आमतौर पर किनारों पर तेजी से ठंडे होते हैं और वेफर के केंद्र में अधिक एकसमान होते हैं। इस घटना के कारण तनाव उत्पन्न हो सकता है। इंजीनियर इन तनावों को नियंत्रित करने के लिए संवेदक की ज्यामिति, घूर्णन गति, कोटिंग की गुणवत्ता और रिएक्टर के अंदर गैस के प्रवाह को नियंत्रित करते हैं। जब समय के साथ कोटिंग खराब हो जाती है या संवेदक विकृत हो जाता है, तो ऊष्मा का वितरण इच्छानुसार नहीं हो पाता और तनाव बढ़ सकता है। ऐसे में कोटिंग और/या संवेदक की मरम्मत या उसे बदला जा सकता है, जिससे अक्सर ये तनाव ठीक हो जाते हैं।

वेफर की सतह पर एकसमान तापमान होने से वेफर की गुणवत्ता और उत्पादन में सुधार होता है।

उन्नत विद्युत उपकरणों के लिए उपयुक्त संवेदक सामग्री का चयन करना

विनिर्माण प्रक्रिया के लिए विभिन्न प्रकार की संभावित संवेदक सामग्री का चयन किया जा सकता है, जो अनुप्रयोग और आवश्यकताओं पर निर्भर करता है।

ग्रेफाइट तेजी से गर्म हो जाता है, जिससे प्रक्रिया का समय कम हो जाता है। सामान्यतः, यह सामग्री उन विकास कार्यों या प्रक्रियाओं के लिए उपयुक्त है जहाँ तीव्र तापीय प्रतिक्रिया वांछनीय होती है, हालाँकि, यह कम टिकाऊ होता है, तेजी से घिसता है और बिना कोटिंग के इसके कण झड़ते रहते हैं।

विनिर्माण के लिए सीवीडी एसआईसी लेपित ग्रेफाइट सबसे लोकप्रिय सामग्रियों में से एक है। यह ग्रेफाइट की तुलना में अधिक टिकाऊपन प्रदान करता है, साथ ही तेजी से गर्म होने की क्षमता और न्यूनतम अतिरिक्त लागत के साथ एक स्वच्छ प्रक्रिया को बरकरार रखता है।

सूचीबद्ध विकल्पों में सॉलिड SiC सबसे अधिक स्थिर है, सुरक्षा के लिए किसी कोटिंग की आवश्यकता नहीं होती। सॉलिड SiC अपने प्रतिस्पर्धियों की तुलना में वेफर-टू-वेफर तापमान की एकरूपता को बेहतर बनाता है, जिससे प्रक्रिया मापदंडों में संभावित भिन्नता कम हो जाती है, जो इसे उच्च परिशुद्धता/कठिन अनुप्रयोगों के लिए आदर्श बनाती है।

हालांकि, यह काफी महंगा है, और आमतौर पर प्रक्रिया में अधिक समय भी लगता है। एक विशिष्ट प्रक्रिया के लिए, एक निर्माता ने SiC लेपित ग्रेफाइट से ठोस SiC पर स्विच किया, जिससे एकरूपता में काफी सुधार हुआ, लेकिन तापन समय और प्रक्रिया में भी बदलाव की आवश्यकता पड़ी।

इसलिए, तीव्र ताप की आवश्यकताओं के लिए ग्रेफाइट का उपयोग करें, गति और स्थायित्व के बीच लागत प्रभावी संतुलन के लिए सीवीडी एसआईसी लेपित ग्रेफाइट का उपयोग करें, और बेहतर स्थिरता और तापीय एकरूपता के लिए ठोस एसआईसी का उपयोग करें।