SiC एपिटैक्सी दोष नियंत्रण के लिए उच्च-शुद्धता वाले ग्रेफाइट का महत्व क्यों है?

सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) वेफर की गुणवत्ता पर विकास वातावरण में सूक्ष्म परिवर्तनों का भी प्रभाव पड़ता है। एक ऐसा पहलू जिस पर अक्सर ध्यान नहीं दिया जाता, वह है रिएक्टर की परत में मौजूद ग्रेफाइट। एपिटैक्सी प्रक्रिया के दौरान वेफर को सहारा देने और उसकी स्थिति निर्धारित करने के साथ-साथ यह रिएक्टर के अंदर मौजूद तीव्र ताप को भी सहन करता है। यदि ग्रेफाइट अशुद्ध है या अनियमित संरचना वाला है, तो विकास प्रक्रिया के दौरान सामग्री के छोटे-छोटे कण या कोई अवांछित प्रतिक्रिया जमा हो सकती है। ग्रेफाइट की सतह पर छोटी-छोटी समस्याएं वेफर में बड़े दोषों का रूप ले सकती हैं, जिसके परिणामस्वरूप चिप निर्माताओं के लिए अधिक काम और कम उत्पादन होता है। इसलिए, रिएक्टर की परत की स्थिति और स्वच्छता अत्यंत महत्वपूर्ण है। ग्रेफाइट ससेप्टर यह मुद्दा अधिकांश लोगों की धारणा से कहीं अधिक महत्वपूर्ण है।

एपिटैक्सी चैंबरों में कणों से संबंधित समस्याओं पर ग्रेफाइट की शुद्धता का क्या प्रभाव पड़ता है?

SiC एपिटैक्सी चैंबरों में कण एक व्यापक वेफर दोष है, और इस प्रक्रिया में अक्सर ग्रेफाइट शामिल होता है। ग्रेफाइट के कण SiC रिएक्टर के गर्म क्षेत्र में रहते हैं, वेफर को सहारा देते हैं और थर्मल कंटूर को प्रभावित करते हैं। कम शुद्ध ग्रेफाइट के उपयोग से, धातु संदूषक, राख या प्रक्रिया के अवशेष जैसी सूक्ष्म अशुद्धियाँ उच्च तापमान वृद्धि के दौरान धीरे-धीरे ग्रेफाइट से निकल सकती हैं। निकली हुई अशुद्धियाँ अक्सर चैंबर में पता नहीं चल पाती हैं, लेकिन अंततः वे वेफर की सतह पर जमा हो जाती हैं, या गैसीय अवस्था का हिस्सा बन जाती हैं। उदाहरण के लिए, एक अनुप्रयोग में एक फैब ने लागत बचाने के लिए कम ग्रेड के ग्रेफाइट का विकल्प चुना। हालांकि शुरू में कम समय के लिए किए गए प्रयोगों में कोई समस्या नहीं दिखी, लेकिन कई चक्रों के बाद समस्याएँ सामने आने लगीं। सिक एपिटैक्सी वेफर की सतह पर अनियमित पिनहोल और खुरदुरे धब्बे देखे गए। इन दोषों का स्रोत ग्रेफाइट होल्डर या ससेप्टर से निकलने वाले सूक्ष्म कण थे। ये कण ग्रोथ चैंबर में प्रवेश कर अवांछित तरीके से बीज के रूप में कार्य करते थे। ग्रेफाइट पार्ट की असमान घनत्व भी गर्म करने पर पार्ट की सतह पर सूक्ष्म दरारें पैदा करती है, जिससे पार्ट साफ दिखने पर भी समय के साथ चैंबर में महीन कण झड़ते रहते हैं। इसलिए, कण-संबंधी दोषों से बचने के लिए फैब्स में ग्रेफाइट के स्रोत और उसके इतिहास की निगरानी करना एक नियमित कार्य है। विशेष रूप से दीर्घकालिक उत्पादन के लिए, राख की नियंत्रित मात्रा वाला उच्च शुद्धता वाला ग्रेफाइट आमतौर पर वांछनीय होता है। पार्ट्स के थर्मल चक्रों की संख्या की भी निगरानी की जाती है क्योंकि अच्छी प्रारंभिक प्रक्रियाओं के बाद भी सामग्री कण उत्सर्जित करती है। इसके अलावा, ग्रेफाइट पार्ट्स के रखरखाव का तरीका भी दोषों को प्रभावित करता है। उदाहरण के लिए, आक्रामक सफाई प्रक्रियाएं ग्रेफाइट की सतह को नुकसान पहुंचा सकती हैं और सूक्ष्म दरारें पैदा कर सकती हैं। पसंदीदा तरीका ग्रेफाइट पार्ट्स के साथ न्यूनतम भौतिक संपर्क वाली एक सौम्य, नियंत्रित सफाई प्रक्रिया है। आर्थिक कारणों से, अपेक्षा से पहले ही पुर्जों को बदलना बाद के चरणों में उत्पादन हानि से निपटने की तुलना में बेहतर हो सकता है। संक्षेप में, एक विशिष्ट SiC एपिटैक्सी प्रक्रिया में कण निर्माण का नियंत्रण सामग्री की गुणवत्ता और प्रबंधन प्रक्रियाओं के सूक्ष्म विवरणों पर निर्भर करता है। ग्रेफाइट की गुणवत्ता इस मामले का मूल मुद्दा है।

उच्च श्रेणी के SiC एपिटैक्सियल भागों और संवेदकों के लिए सामग्री संबंधी आवश्यकताएँ

SiC एपिटैक्सी के लिए, रिएक्टर में मौजूद पुर्जे केवल वेफर को 'पकड़ने' का काम नहीं करते। रिएक्टर में मौजूद ससेप्टर, ग्रेफाइट कैरियर और हॉटज़ोन घटक क्रिस्टल वृद्धि को सीधे प्रभावित करते हैं। यही कारण है कि इन सामग्रियों की गुणवत्ता बेहद उच्च स्तर की होती है और एक छोटी सी खामी भी अंततः वेफर पर दोष के रूप में प्रकट हो जाती है। उच्च तापीय स्थिरता एक मूलभूत आवश्यकता है। पुर्जों को लंबे समय तक बहुत उच्च तापमान पर गर्म किया जाता है (कभी-कभी बार-बार गर्म/ठंडा करने के चक्रों से गुजरना पड़ता है)। जो सामग्री इन तापमानों पर स्थिरता बनाए नहीं रख पाती, वह विकृत हो जाती है और अंततः उसमें दरार पड़ सकती है। ज्यामिति में मामूली बदलाव भी गैस प्रवाह और ऊष्मा वितरण को काफी हद तक बदल सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप वेफर की सतह पर असमान क्रिस्टल वृद्धि हो सकती है। शुद्धता एक अन्य महत्वपूर्ण कारक है। उच्च स्तरीय SiC प्रक्रियाओं के लिए ग्रेफाइट आधारित घटकों में धातु की मात्रा और राख का स्तर बहुत कम होना आवश्यक है। संचालन के दौरान, ट्रेस धातुएं धीरे-धीरे पुर्जों से रिसकर बाहर निकल जाती हैं, ये संदूषक चैम्बर में फैल सकते हैं और कण संदूषण या स्थानीय क्रिस्टल दोष उत्पन्न कर सकते हैं। कुछ फ़ैक्टरियों में, अनियमित स्टैकिंग दोष का कारण दूषित ससेप्टर के एक ही बैच को पाया गया है। सतह संरचना एक महत्वपूर्ण आवश्यकता है। एक चिकनी और समतल सतह हीटिंग/कूलिंग चक्र के दौरान कणों के झड़ने को कम करने में मदद करेगी। एक असमान सतह, या सतह संरचना के भीतर छिद्र, संचालन के दौरान लगातार टूटते रहेंगे और इस प्रकार चैम्बर में कणों का एक स्थिर स्रोत उत्पन्न करेंगे। कोटिंग की गुणवत्ता भी एक और आवश्यक आवश्यकता है। कई उच्च-स्तरीय ससेप्टर सुरक्षा परत के रूप में SiC कोटिंग का उपयोग करते हैं। कोटिंग को आधार सामग्री से अच्छी तरह चिपकना चाहिए और लंबे समय तक संचालन को सहन करना चाहिए। खराब बॉन्डिंग और डी-लेमिनेशन सीधे आधार ग्रेफाइट को कठोर प्रतिक्रिया वातावरण के संपर्क में लाएगा। हम इसे अक्सर वास्तविक अनुप्रयोगों में देखते हैं: उदाहरण के लिए, एक वेफर फ़ैक्टरी जो लंबे उत्पादन बैच के लिए चल रही है, सैकड़ों चक्रों के बाद दोष दर में लगातार वृद्धि देखती है। ससेप्टर का निरीक्षण करने पर कोटिंग में थोड़ी टूट-फूट और किनारों का क्षरण दिखाई देगा। घटक को बदलने या प्रतिस्थापित करने से दोष दर स्वीकार्य स्तर पर वापस आ जाएगी। सही सामग्री का चयन केवल घटकों के प्रारंभिक प्रदर्शन के बारे में नहीं है, बल्कि बार-बार उपयोग किए जाने पर सामग्री की स्थिरता के बारे में भी है।

AIXTRON G10 प्रणालियों में तापीय स्थिरता पर अनाज संरचना के प्रभाव

उच्च तापमान वाले SiC के भीतर ग्रेफाइट घटकों की दानेदार संरचना एपिटैक्सी विकास AIXTRON G10 जैसी प्रणाली, तापीय स्थिरता को काफी हद तक प्रभावित करती है। यह आयामी परिवर्तनों, आकार प्रतिधारण और तापीय चक्रण के प्रति प्रतिक्रिया से संबंधित है। ग्रेफाइट एक अखंड ठोस नहीं है। यह कई क्रिस्टलीय कणों या दानों से मिलकर बना होता है। अलग-अलग क्रिस्टलीय कणों का अभिविन्यास भिन्न हो सकता है। ग्रेफाइट घटक के भीतर कण आकार पर खराब नियंत्रण होने पर, असमान ऊष्मा वितरण उत्पन्न होता है। घटक के क्षेत्र अलग-अलग दरों पर गर्म और ठंडे होते हैं। इससे सूक्ष्म स्तर पर आंतरिक तनाव उत्पन्न होता है। धीरे-धीरे समय के साथ यह आंतरिक तनाव ससेप्टर या वेफर कैरियर जैसे भागों में विकृति या विरूपण का कारण बनता है। उत्पादन के दौरान इस प्रक्रिया को आसानी से पहचाना जा सकता है। यह आमतौर पर तब दिखाई देता है जब वेफर लाइन उच्च तापमान पर चल रही होती है। सैकड़ों तापीय चक्रों के बाद वेफर की गुणवत्ता में गिरावट आने लगती है। मोटाई में भिन्नता बढ़ जाती है, और किनारों पर दोष अधिक नियमित रूप से उभरने लगते हैं। एक बार इन भागों की जांच करने पर, उनमें आमतौर पर विकृति या सामग्री की थकान के लक्षण दिखाई देते हैं। नियंत्रित क्रिस्टलीय वितरण वाली महीन कणीय संरचनाओं में मोटे कणों या अनियमित संरचनाओं की तुलना में कहीं बेहतर तापीय स्थिरता होती है। इससे ऊष्मा का स्थानांतरण अधिक समान रूप से होगा और स्थानीय तनाव बिंदु कम होंगे। उचित दानेदार संरचना होने पर पुर्जे सैकड़ों तापीय चक्रों के बाद भी मुड़ने से बचेंगे। खुरदरी संरचनाएं या असमान रूप से वितरित दानेदार संरचनाएं पुर्जे के भीतर कमजोर बिंदु उत्पन्न करती हैं, जिससे सूक्ष्म दरारें पड़ सकती हैं और अंततः कण कक्ष में निकल सकते हैं। विचार करने योग्य एक अन्य महत्वपूर्ण मुद्दा तापीय झटके के प्रति प्रतिरोध है। ऐसे बिंदु होते हैं जहां पुर्जे के तापमान में काफी परिवर्तन होता है, जैसे कि रिएक्टर में लोड करना या उसे निकालते समय। यदि दानों के बीच कमजोर सीमाएं हैं, तो दानेदार रेखाओं के साथ सूक्ष्म दरारें बन सकती हैं। हालांकि इससे आमतौर पर पुर्जे की विफलता नहीं होती है, लेकिन यह सामग्री में इन कमजोरियों को बनने देता है, जिससे भविष्य में विश्वसनीयता संबंधी समस्याएं उत्पन्न हो सकती हैं। अधिकांश निर्माण इकाइयां उपयोग किए गए घंटों, तापीय चक्रों की संख्या और कुल तापीय उपचार के आधार पर पुर्जे के जीवनकाल को ट्रैक करती हैं। अच्छी तरह से इंजीनियर की गई दानेदार संरचना वाले पुर्जों का जीवनकाल लंबा होता है और समय के साथ अधिक सुसंगत परिणाम प्राप्त होते हैं।

उच्च शुद्धता वाले ग्रेफाइट घटकों में धात्विक संदूषण को कम करना

किसी भी ग्रेफाइट पार्ट में, जिसमें SiC एपिटैक्सी प्रक्रिया भी शामिल है, एक "अदृश्य" लेकिन गंभीर समस्या धात्विक संदूषण है। ग्रेफाइट पार्ट में धातुओं की सूक्ष्म मात्रा भी प्रक्रिया में घुल सकती है और AIXTRON G10 जैसे SiC एपिटैक्सी रिएक्टर में मुश्किल से पता चलने वाले दोषों का स्रोत बन सकती है। ये धातुएँ आमतौर पर कच्चे माल या ग्रेफाइट घटक के निर्माण में शामिल विभिन्न प्रसंस्करण चरणों से उत्पन्न होती हैं। आयरन, निकेल, कैल्शियम और सोडियम जैसे तत्व सामान्य हैं और कमरे के तापमान पर ग्रेफाइट के भीतर फंसे रहते हैं, हालांकि, SiC एपिटैक्सी में उपयोग किए जाने वाले उच्च प्रक्रिया तापमान पर, ये तत्व गतिशील हो सकते हैं। ये सूक्ष्म धातुएँ अंततः गर्म क्षेत्र, अर्थात् ससेप्टर या वेफर कैरियर में बार-बार गर्म करने/ठंडा करने के चक्रों के दौरान गैस के रूप में बाहर निकल सकती हैं या सतह पर स्थानांतरित हो सकती हैं। एक विशिष्ट मामला इस प्रकार होगा: एक फैब नए ग्रेफाइट पार्ट्स का उपयोग करके एक उत्पादन बैच शुरू करता है। शुरुआती कुछ वेफर्स ठीक होते हैं और उनमें कोई खराबी नहीं दिखती, लेकिन कुछ समय बाद छोटी-छोटी खामियां दिखने लगती हैं। ये आमतौर पर छोटे गड्ढे, अनियमित स्टैक फॉल्ट या अस्पष्ट कण संबंधी घटनाएं होती हैं। चैंबर की सफाई के दौरान गलत गैस प्रवाह या संदूषण की आशंका होना आम बात है। लेकिन विस्तृत विश्लेषण से अक्सर ग्रेफाइट घटकों से सूक्ष्म धातुओं के धीरे-धीरे निकलने का पता चलता है। ग्रेफाइट की शुद्धता को नियंत्रित करना महत्वपूर्ण है। महत्वपूर्ण घटकों के लिए, कम राख सामग्री वाले उच्च तापमान पर शुद्ध किए गए ग्रेफाइट को प्राथमिकता दी जाती है। यह शुद्धिकरण प्रक्रिया अधिकांश धात्विक अवशेषों को हटा देती है। ऐसा ग्रेफाइट बार-बार गर्म/ठंडा करने के चक्रों में भी तत्वों को लंबे समय तक फंसाए रख सकता है। कुछ निर्माण इकाइयों में ग्रेफाइट भागों का प्रारंभिक निरीक्षण भी बहुत महत्वपूर्ण है। ICP-OES या XRF जैसी तकनीकों से ग्रेफाइट बैचों का परीक्षण करने से दूषित भागों के उपयोग को रोका जा सकता है। इससे एक ही प्रक्रिया प्रवाह में विभिन्न स्रोतों से प्राप्त भागों के मिश्रण को भी रोका जा सकता है। SiC या TaC जैसी कोटिंग्स भी ग्रेफाइट भाग और प्रक्रिया वातावरण के बीच एक अवरोधक के रूप में कार्य करके इस समस्या को हल करने में मदद करती हैं। जब तक कोटिंग अच्छी तरह से जमा हो जाती है और नीचे की ग्रेफाइट सतह से जुड़ जाती है, तब तक यह प्रक्रिया वातावरण के साथ ग्रेफाइट भाग की परस्पर क्रिया को कम कर देगी। अंत में, ग्रेफाइट भागों की हैंडलिंग और भंडारण महत्वपूर्ण है। गंदे दस्तानों, उपकरणों से हैंडलिंग के दौरान या अस्वच्छ शेल्फ पर रखे जाने से ग्रेफाइट भाग दूषित हो सकते हैं। यह सतही संदूषण ताप चक्र के दौरान भट्टी में प्रवेश कर सकता है। ग्रेफाइट भागों के धात्विक संदूषण को कम करने के लिए, कई छोटे-छोटे प्रयासों की आवश्यकता होती है। उच्च शुद्धता वाली सामग्री के साथ-साथ अच्छी हैंडलिंग प्रक्रिया और सख्त प्रक्रिया नियंत्रण आवश्यक है।

वीको ईपीआईके सिस्टम को अति-कम सरंध्रता वाले ग्रेफाइट पदार्थों की आवश्यकता क्यों होती है?

वीको ईपीआईसी सिस्टम्स प्लेटफॉर्म के भीतर ग्रेफाइट के पुर्जे अर्धचालक निर्माण में सबसे कठिन प्रक्रिया स्थितियों में से एक से गुजरते हैं। इन घटकों को उच्च तापमान, आक्रामक गैस रसायन और लंबे प्रक्रिया चक्रों जैसी स्थितियों का सामना करना पड़ता है। इसलिए, SiC एपिटैक्सी की अखंडता और स्वच्छता बनाए रखने के लिए अति कम सरंध्रता वाला ग्रेफाइट अत्यंत महत्वपूर्ण है। सरंध्रता से तात्पर्य ग्रेफाइट के भीतर मौजूद छोटे, आंतरिक छिद्रों से है। पूरी तरह से चिकनी सतह के बावजूद, आंतरिक छिद्र प्रक्रिया गैसों, अवशेषों और सफाई रसायनों को फंसा सकते हैं। उच्च सरंध्रता का अर्थ है फंसाने के लिए अधिक आंतरिक आयतन, जहां उच्च तापमान के संपर्क में आने के बाद, सामग्री धीरे-धीरे गैस मुक्त हो सकती है। यह गैस मुक्त होना हमेशा रैखिक नहीं होता है और विस्फोट का कारण बन सकता है, जिससे प्रक्रिया को नियंत्रित करना मुश्किल हो जाता है। SiC एपिटैक्सी में, यह विशेष रूप से हानिकारक है। जब ग्रेफाइट से गैसें निकलती हैं, तो वे एपिटैक्सी कक्ष के भीतर गैस प्रवाह में शामिल हो सकती हैं, जिससे अवांछित कण उत्पन्न होते हैं। कण वेफर की सतह पर पहुँच जाते हैं, जिससे क्रिस्टल की वृद्धि प्रभावित होती है और अनियमित गड्ढे, सतह का खुरदरापन या वेफर की मोटाई में स्थानीय भिन्नता जैसे अप्रत्याशित दोष उत्पन्न हो सकते हैं। एक आम स्थिति उत्पादन के शुरुआती चरणों में देखी जाती है, जहाँ एक साफ-सुथरी फ़ैब को EPIK सिस्टम के लिए नए ग्रेफाइट पार्ट्स मिलते हैं। शुरुआती परिणाम स्वीकार्य हो सकते हैं, लेकिन जैसे-जैसे थर्मल चक्र दोहराए जाते हैं, दोष दर बढ़ सकती है और गैस लाइनों, वाल्वों और सफाई प्रक्रिया चरणों सहित पूरी प्रक्रिया का निरीक्षण करने पर कुछ भी स्पष्ट नहीं मिलता है। अक्सर यह पता चलता है कि उच्च तापमान क्षेत्र में कम सरंध्रता वाला ग्रेफाइट ही इसका कारण है। अति कम सरंध्रता वाले ग्रेफाइट का चयन इस जोखिम को प्रभावी ढंग से कम करता है, क्योंकि यह उन आंतरिक स्थानों को सीमित करता है जिनमें फंसे हुए कण छिपे हो सकते हैं, जिससे गर्म करने पर अचानक गैस निकलने की संभावना कम हो जाती है। यह बेहतर यांत्रिक मजबूती से भी जुड़ा है। अति कम सरंध्रता वाले ग्रेफाइट की सघन संरचना आमतौर पर बार-बार थर्मल चक्रण से गुजरने पर दरार पड़ने के प्रति अधिक प्रतिरोध प्रदान करती है। इसके अलावा, कम सरंध्रता वाली सतहें कोटिंग की मजबूती को बढ़ाती हैं। जब SiC या अन्य दुर्दम्य पदार्थों को इन ग्रेफाइट सतहों पर लेपित किया जाता है, तो वे कम छिद्रयुक्त सतह पर अच्छी तरह चिपक जाते हैं। इसका कारण संभवतः लेपित पदार्थ और ग्रेफाइट के बीच बंधन की मजबूती में वृद्धि है, जो बदले में कोटिंग्स की मजबूती और स्थायित्व को बढ़ाता है और उनके छिलने या उखड़ने की संभावना को कम करता है। अंततः, रोजमर्रा के निर्माण परिदृश्य में अति कम छिद्रयुक्त ग्रेफाइट का चयन, हालांकि एक पदार्थ का गुण है, उच्च स्तरीय SiC एपिटैक्सी प्रक्रियाओं में स्थिर, स्वच्छ और पूर्वानुमानित वेफर परिणाम प्राप्त करने में प्रत्यक्ष लाभ प्रदान करता है।