ตัวรับกราไฟท์ที่เคลือบด้วย SiC: มันส่งผลต่อความสม่ำเสมอของ Epitaxy และคุณภาพของเวเฟอร์อย่างไร？

ตัวรับกราไฟท์เคลือบ SiC ไม่ใช่แค่ตัวจับยึดเวเฟอร์เท่านั้น ในเซมิคอนดักเตอร์เอพิแทกซี นั้นเป็นส่วนประกอบของสนามความร้อน ส่วนต่อประสานทางกล และพื้นผิวที่หันเข้าหากระบวนการในเวลาเดียวกัน ตัวกราไฟต์ให้ความสามารถในการแปรรูปและฟังก์ชันด้านความร้อน ในขณะที่การเคลือบ CVD SiC ให้พื้นผิวที่มีความเสถียรทางเคมีใกล้กับเวเฟอร์ เนื่องจากอุณหภูมิของเวเฟอร์นั้นสัมพันธ์กับรูปทรงของตัวรับ ความเรียบ การออกแบบช่อง และสภาพพื้นผิว คุณภาพของตัวรับจึงส่งผลต่อความสม่ำเสมอของอีปิเทกเซียลและความเสถียรระหว่างการทำงาน

เหตุใด Susceptor จึงเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการ Epitaxy

ในระหว่างซิลิคอนหรือ SiC epitaxy เวเฟอร์จะต้องอยู่ในตำแหน่งในสภาพแวดล้อมทางความร้อนและเคมีที่มีการควบคุมอย่างเข้มงวด ตัวรับจะรองรับแผ่นเวเฟอร์ จับคู่หรือดูดซับพลังงานจากเครื่องปฏิกรณ์ ถ่ายเทความร้อนไปยังแผ่นเวเฟอร์ และกำหนดขอบเขตทางกายภาพที่อยู่ด้านล่างทันที ด้วยเหตุนี้ ส่วนประกอบจึงไม่สามารถตัดสินได้จากเกรดกราไฟท์หรือความหนาของชั้นเคลือบเท่านั้น

SGL Carbon ระบุว่าคุณสมบัติและคุณภาพของตัวรับกราไฟท์มีผลกระทบอย่างมากต่อคุณภาพของชั้นเอปิแอกเซียล และเน้นที่กราไฟท์ไอโซสแตติกที่มีความบริสุทธิ์สูง การเคลือบ SiC ที่เป็นเนื้อเดียวกัน และพิกัดความเผื่อของขนาดที่ใกล้เคียงกัน โปรแกรมตัวรับ ASM ยังเน้นย้ำถึงโปรไฟล์ Pocket ความเรียบ ผิวสำเร็จ และความบริสุทธิ์ตามข้อกำหนดเฉพาะที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการ

ความสัมพันธ์ทางวิศวกรรมจึงสามารถแสดงเป็น:

วัสดุตัวรับ + ​​เรขาคณิต + ความเรียบ + สภาพการเคลือบ → ขอบเขตความร้อนของเวเฟอร์ → การกระจายอุณหภูมิของเวเฟอร์ → การเจริญเติบโตของส่วนนอกของแกน

ตัวรับไม่ได้ทำหน้าที่เพียงลำพัง การไหลของก๊าซ การออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ การหมุนแผ่นเวเฟอร์ ความดัน เคมีของสารตั้งต้น และกลยุทธ์การควบคุมอุณหภูมิ ยังคงมีความสำคัญ อย่างไรก็ตาม ซัสเซปเตอร์เป็นหนึ่งในอินเทอร์เฟซฮาร์ดแวร์หลักที่เงื่อนไขเหล่านี้ถูกส่งไปยังเวเฟอร์

เรขาคณิตและความเรียบมีอิทธิพลต่ออุณหภูมิเวเฟอร์อย่างไร

สำหรับตัวรับ epitaxy ความแม่นยำของมิติก็เป็นพารามิเตอร์ทางความร้อนเช่นกัน

ช่องเวเฟอร์ที่ลึกเกินไป ตื้นเกินไป หรือบิดเบี้ยวเฉพาะจุดจะเปลี่ยนระยะห่างระหว่างพื้นผิวเวเฟอร์และตัวรับ ข้อผิดพลาดด้านความเรียบสามารถเปลี่ยนแปลงหน้าสัมผัสความร้อนเฉพาะที่ การแลกเปลี่ยนการแผ่รังสี และขอบเขตความร้อนที่มีประสิทธิภาพใต้แผ่นเวเฟอร์ บนตัวพาแบบหลายช่อง ความแตกต่างเล็กน้อยระหว่างช่องจึงอาจสร้างประวัติอุณหภูมิในพื้นที่ที่แตกต่างกัน แม้ว่าค่าที่ตั้งไว้ของเครื่องปฏิกรณ์ที่ระบุจะยังคงไม่เปลี่ยนแปลงก็ตาม

เส้นผ่านศูนย์กลางพ็อกเก็ต ความลึกของพ็อกเก็ต โปรไฟล์ขอบ ความหนาของผนัง ความร่วมศูนย์ และความเรียบโดยรวม ควรถือเป็นระบบการออกแบบที่เชื่อมโยงกัน ไม่ใช่เป็นขนาดที่แยกออกจากกัน

ข้อกำหนดตัวรับเชิงพาณิชย์สะท้อนถึงความสัมพันธ์นี้ SGL Carbon ระบุโปรไฟล์พ็อกเก็ต ความเรียบ และการปฏิบัติตามขนาดเป็นคุณลักษณะที่สำคัญของตัวรับซิลิคอนเอพิแทกซี ในขณะที่ Mersen เน้นย้ำการตัดเฉือนที่มีความแม่นยำและความสม่ำเสมอทางความร้อนในอุปกรณ์กราไฟท์เคลือบสำหรับเอพิแทกซี

คำถามทางวิศวกรรมที่มีประโยชน์มากกว่าจึงไม่ใช่แค่:

> ชิ้นส่วนอยู่ในเกณฑ์ความอดทนในการวาดภาพหรือไม่?

มันคือ:

> มิติวิกฤตได้รับการควบคุมอย่างแน่นหนาเพียงพอที่จะรักษาขอบเขตความร้อนที่ต้องการไว้ที่ตำแหน่งเวเฟอร์ทุกตำแหน่งหรือไม่

ความแตกต่างนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับตัวรับทดแทน ส่วนประกอบอาจมีลักษณะทางเรขาคณิตคล้ายกับชิ้นส่วนที่มีอยู่ แต่มีพฤติกรรมแตกต่างออกไป หากโปรไฟล์กระเป๋า ความเรียบ เกรดกราไฟท์ ผิวสำเร็จของพื้นผิว หรือสถาปัตยกรรมการเคลือบแตกต่างจากการออกแบบที่ผ่านการรับรอง

เหตุใดการเคลือบ CVD SiC จึงมีความสำคัญมากกว่าการปกป้องสารเคมี

การเคลือบ CVD SiC มักถูกเรียกว่าเป็นชั้นป้องกัน แต่คำจำกัดความดังกล่าวยังไม่สมบูรณ์

หน้าที่แรกของมันคือสารเคมี พื้นผิว SiC ที่มีความหนาแน่นจะช่วยลดการสัมผัสโดยตรงของซับสเตรตกราไฟท์กับก๊าซในกระบวนการที่มีอุณหภูมิสูงและเคมีในการทำความสะอาด หน้าที่ที่สองคือการควบคุมการปนเปื้อน เนื่องจากสารเคลือบจะกลายเป็นพื้นผิวที่หันเข้าหากระบวนการใกล้กับแผ่นเวเฟอร์มากที่สุด หน้าที่ที่สามคือความเสถียรของพื้นผิว: ตัวรับจะต้องรักษาสภาพให้สม่ำเสมอผ่านการสะสม การทำความสะอาด การทำความร้อน และการทำให้เย็นลงซ้ำๆ

SGL Carbon อธิบายว่าการเคลือบ SiC นั้นเป็นชั้น CVD หนาแน่นซึ่งมีความทนทานต่อสารเคมีและความร้อนสูง และตั้งข้อสังเกตว่าควรปรับพฤติกรรมการขยายตัวเนื่องจากความร้อนของซับสเตรตกราไฟท์ให้เข้ากับการเคลือบเพื่อลดความเครียดจากความร้อน นอกจากนี้ Mersen ยังระบุความเข้ากันได้ของกราไฟท์/SiC CTE ว่ามีความสำคัญต่อความสมบูรณ์ของการเคลือบในระยะยาว

สำหรับ epitaxy ดังนั้นควรประเมินคุณภาพการเคลือบโดยใช้ความหนาที่มากกว่าที่กำหนด ความสม่ำเสมอของความหนา ความหยาบของพื้นผิว ความต้านทานของรูเข็ม ความเสถียรของส่วนต่อประสาน และความสมบูรณ์ของการเคลือบ เนื่องจากการแตกร้าว การลอกออก หรือการหยาบของพื้นผิวแบบก้าวหน้าจะเปลี่ยนขอบเขตที่แสดงต่อเวเฟอร์

ตัวรับที่เสร็จแล้วนั้นเข้าใจได้ดีกว่าว่าเป็นระบบวัสดุคู่:

พื้นผิวกราไฟท์ + เรขาคณิตที่แม่นยำ + พื้นผิว CVD SiC + ความสมบูรณ์ของอินเทอร์เฟซ

การเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบใดองค์ประกอบหนึ่งเหล่านี้สามารถเปลี่ยนพฤติกรรมของส่วนประกอบทั้งหมดได้

นี่คือสาเหตุที่ไม่ควรตีความ "การเคลือบที่หนาขึ้น" โดยอัตโนมัติว่าเป็น "การเคลือบที่ดีกว่า" การเคลือบจะต้องให้การป้องกันที่เพียงพอในขณะที่ยังคงเข้ากันได้กับพื้นผิว ความทนทานต่อส่วนประกอบ และการหมุนเวียนของความร้อนซ้ำๆ

สภาพของ Susceptor ส่งผลต่อความสม่ำเสมอของ Epitaxy อย่างไร

การเจริญเติบโตของเยื่อบุผิวมีความไวต่ออุณหภูมิสูง อุณหภูมิของแผ่นเวเฟอร์เฉพาะที่ทำให้เกิดอัตราการเติบโต ความหนาของชั้น องค์ประกอบ และความสม่ำเสมอของคุณสมบัติทางไฟฟ้า

หากความเรียบของตัวรับเปลี่ยนแปลง กระเป๋าเวเฟอร์สึกหรอ คราบสะสมไม่สม่ำเสมอ หรือการเคลือบ SiC ลดลงเฉพาะที่ ขอบเขตความร้อนและเคมีรอบๆ เวเฟอร์อาจเปลี่ยนแปลงเช่นกัน ผลลัพธ์ไม่ใช่เวเฟอร์ที่มีข้อบกพร่องโดยอัตโนมัติ แต่ความเสี่ยงของการเปลี่ยนแปลงแบบ Pocket-to-Pocket, Wafer-to-Wfer หรือ Run-to-Run อาจเพิ่มขึ้นได้

กลไกสามารถทำให้ง่ายขึ้นดังนี้:

เรขาคณิตหรือการเปลี่ยนแปลงพื้นผิว → การเปลี่ยนแปลงขอบเขตความร้อนเฉพาะที่ → การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของเวเฟอร์ → การเปลี่ยนแปลงจลนศาสตร์การเติบโต

หลักการที่คล้ายกันนี้ใช้กับการหมุนตัวพาเวเฟอร์ MOCVD SGL Carbon เชื่อมโยงกราไฟท์ที่มีความบริสุทธิ์สูง การเคลือบ SiC ที่เป็นเนื้อเดียวกัน การนำความร้อน และความทนทานต่อขนาดที่แคบ พร้อมด้วยประสิทธิภาพตัวพาเวเฟอร์ในการผลิต LED

ดังนั้นจึงง่ายเกินไปที่จะอ้างว่า "การเคลือบ SiC ที่ดีกว่าจะเพิ่มผลผลิต" ข้อสรุปที่สามารถป้องกันได้ในทางเทคนิคมากกว่าคือตัวรับกราไฟท์เคลือบ SiC ที่มีการควบคุมขนาดที่มีความเสถียร ช่วยรักษาสภาพความร้อนและพื้นผิวที่จำเป็นสำหรับเอพิแทกซีที่ทำซ้ำได้

นอกจากนี้ยังเปลี่ยนวิธีการตรวจสอบความไม่สม่ำเสมออีกด้วย

เมื่อเครื่องปฏิกรณ์แบบเอพิแทกซีเริ่มแสดงการเคลื่อนตัวโดยไม่ทราบสาเหตุ วิศวกรกระบวนการจะตรวจสอบการตั้งค่าอุณหภูมิ การไหลของก๊าซ ความดัน และการจ่ายสารตั้งต้นตามธรรมชาติ เงื่อนไขของตัวรับความรู้สึกควรรวมอยู่ในการสอบสวนเดียวกัน ความเรียบ การสึกหรอของกระเป๋า ประวัติการสะสม ความสมบูรณ์ของการเคลือบ และความสอดคล้องด้านมิติของชิ้นส่วนทดแทน ล้วนกลายเป็นตัวแปรที่เกี่ยวข้องได้

ในแง่นี้ ซัสเซปเตอร์ไม่ได้เป็นเพียงส่วนประกอบที่บริโภคได้เท่านั้น มันเป็นส่วนหนึ่งของฮาร์ดแวร์ควบคุมกระบวนการ

โหมดความล้มเหลวที่มีความสำคัญต่อกระบวนการเวเฟอร์

การเสื่อมสภาพของตัวรับความรู้สึกมักจะเกิดขึ้นทีละน้อยมากกว่าจะเป็นหายนะ ชิ้นส่วนอาจยังคงสภาพสมบูรณ์ทางกลไกในขณะที่พฤติกรรมกระบวนการเริ่มเปลี่ยนแปลงไปแล้ว

การแตกร้าวหรือการแยกชั้นของสารเคลือบอาจทำให้เกิดกราไฟท์และเพิ่มความเสี่ยงของอนุภาคได้ การลอกขอบอาจบ่งบอกถึงความเข้มข้นของความเค้นเฉพาะที่ การกัดผิวหยาบจะเปลี่ยนสภาพการเผชิญกระบวนการ และอาจส่งผลต่อพฤติกรรมการสะสมตัวในภายหลัง การสึกหรอของกระเป๋าสามารถเปลี่ยนตำแหน่งของเวเฟอร์ได้ ในขณะที่การสูญเสียความเรียบจะเปลี่ยนความสัมพันธ์ทางความร้อนระหว่างเวเฟอร์กับตัวรับ การเสื่อมสภาพของสารเคลือบที่ไม่สม่ำเสมอสามารถสร้างสภาพพื้นผิวที่แตกต่างกันในส่วนประกอบเดียวกันได้

การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้อาจเป็นผลมาจากการหมุนเวียนด้วยความร้อน กราไฟท์/SiC CTE ที่ไม่ตรงกัน เคมีของกระบวนการ การทำความสะอาดที่รุนแรง การจัดการทางกล ข้อบกพร่องในการเคลือบ หรือเวลาการบริการสะสม

คำถามทางวิศวกรรมที่เกี่ยวข้องจึงไม่ใช่แค่:

> ตัวรับล้มเหลวหรือไม่?

แต่ค่อนข้าง:

> ตัวรับมีการเปลี่ยนแปลงมากพอที่จะเปลี่ยนแปลงขอบเขตกระบวนการที่เวเฟอร์ประสบหรือไม่?

การตรวจพินิจเพียงอย่างเดียวอาจไม่เพียงพอที่จะตอบคำถามนี้ คุณสมบัติที่สำคัญอาจรวมถึงการวัดขนาด การตรวจสอบความเรียบ การตรวจสอบ Pocket-profile การประเมินสภาพพื้นผิว และการประเมินความสมบูรณ์ของการเคลือบ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับกระบวนการ

ด้วยเหตุนี้จึงไม่มีรอบกระบวนการเป็นจำนวนสากลหลังจากนั้นจึงควรเปลี่ยนตัวรับกราไฟท์ที่เคลือบ SiC ทุกตัว การทำความสะอาด การเคลือบซ้ำ หรือการเปลี่ยนควรขึ้นอยู่กับสภาพส่วนประกอบและหลักฐานกระบวนการ

วิธีการระบุ Epitaxy Susceptor แบบกำหนดเองหรือทดแทน

RFQ ที่มีประโยชน์ทางเทคนิคควรเริ่มต้นด้วยเครื่องปฏิกรณ์และดำเนินการ แทนที่จะเริ่มต้นด้วยคำขอทั่วไปสำหรับ “กราไฟท์เคลือบ SiC”

ซัพพลายเออร์ควรทำความเข้าใจผู้ผลิตเครื่องปฏิกรณ์และรุ่นก่อน ไม่ว่าจะเป็นส่วนประกอบที่ใช้สำหรับซิลิคอนเอพิแทกซีหรือ SiC เอพิแทกซี ขนาดเวเฟอร์ การกำหนดค่าพ็อกเก็ต วิธีการให้ความร้อน ช่วงอุณหภูมิในการทำงาน ก๊าซในกระบวนการ และเคมีในการทำความสะอาด

จากนั้น คำจำกัดความของส่วนประกอบควรกำหนดขนาดที่มีอิทธิพลต่อพฤติกรรมของกระบวนการ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ความเรียบ ความลึกของหลุม เส้นผ่านศูนย์กลางของหลุม รูปทรงของขอบ และพิกัดความเผื่อวิกฤตอื่นๆ ควรกำหนดเกรดกราไฟท์ ความบริสุทธิ์ ข้อกำหนดการเคลือบ CVD SiC ผิวสำเร็จ และเกณฑ์การตรวจสอบตามข้อกำหนดเหล่านี้

ลำดับการเลือกในทางปฏิบัติคือ:

เครื่องปฏิกรณ์ → กระบวนการ → เรขาคณิต → กราไฟท์ → การเคลือบ SiC → การตรวจสอบ

สำหรับชิ้นส่วนทดแทน แบบร่างที่มีอยู่นั้นมีคุณค่าอย่างยิ่ง แต่แบบร่างเพียงอย่างเดียวอาจไม่ได้มีข้อกำหนดที่สำคัญต่อกระบวนการทุกประการ เกรดวัสดุที่ผ่านการรับรอง ข้อมูลจำเพาะของการเคลือบผิว ข้อมูลการตรวจสอบในอดีต และสภาพการทำงานจริงก็มีความสำคัญไม่แพ้กัน

วัตถุประสงค์ไม่ใช่เพียงเพื่อยืดอายุการเคลือบให้สูงสุดเท่านั้น เป็นการรักษาความสัมพันธ์ที่สามารถทำซ้ำได้ระหว่างตัวรับและเวเฟอร์ตลอดระยะเวลาการให้บริการของส่วนประกอบ

นั่นหมายถึงการรักษาการรวมกันของ:

ความเสถียรของมิติ + ความสม่ำเสมอทางความร้อน + ความสมบูรณ์ของพื้นผิว + การปนเปื้อนต่ำ + ความเสี่ยงของอนุภาคต่ำ

จำเป็นโดยกระบวนการ epitaxy

คำถามที่พบบ่อย

1. ตัวรับกราไฟท์ที่เคลือบด้วย SiC ทำหน้าที่อะไรในเอพิแทกซี  

รองรับแผ่นเวเฟอร์ในขณะที่เป็นส่วนหนึ่งของสนามความร้อนของเครื่องปฏิกรณ์และเป็นพื้นผิวที่หันหน้าไปทางกระบวนการด้านล่างแผ่นเวเฟอร์ รูปทรงและสภาพพื้นผิวช่วยกำหนดสภาพแวดล้อมทางความร้อนเฉพาะที่ของแผ่นเวเฟอร์

2. เหตุใดตัวรับกราไฟต์จึงถูกเคลือบด้วย SiC  

กราไฟท์ให้ความสามารถในการขึ้นรูปและพฤติกรรมทางความร้อนที่เป็นประโยชน์ ในขณะที่ CVD SiC ให้พื้นผิวหันหน้าไปทางกระบวนการที่มีความเสถียรทางเคมีมากกว่าและทนทานต่อการปนเปื้อน

3. ความเรียบของตัวรับส่งผลต่อความสม่ำเสมอของเยื่อบุผิวอย่างไร  

ความเรียบจะเปลี่ยนความสัมพันธ์ทางเรขาคณิตและความร้อนระหว่างเวเฟอร์และตัวรับ การเบี่ยงเบนที่มากเกินไปสามารถเปลี่ยนแปลงการถ่ายเทความร้อนในพื้นที่ และส่งผลให้อุณหภูมิเวเฟอร์ไม่สม่ำเสมอ

4. ความเสียหายจากการเคลือบ SiC สามารถส่งผลต่อคุณภาพของเวเฟอร์ได้หรือไม่?  

ความเสียหายจากการเคลือบอาจส่งผลต่อความเสถียรของกระบวนการโดยการเปิดเผยกราไฟท์ การสร้างอนุภาค หรือการเปลี่ยนแปลงสภาพพื้นผิวเฉพาะที่ ผลกระทบในทางปฏิบัติขึ้นอยู่กับตำแหน่งและความรุนแรงของความเสียหายและกระบวนการของเครื่องปฏิกรณ์

5. ข้อมูลใดบ้างที่จำเป็นสำหรับ RFQ ผู้รับสั่งทำพิเศษหรือตัวทดแทน  

ระบุแบบจำลองเครื่องปฏิกรณ์ ประเภทกระบวนการ ขนาดเวเฟอร์ การเขียนแบบหรือไฟล์ STEP รูปทรงพ็อกเก็ต ความเรียบและพิกัดความเผื่อวิกฤต ข้อกำหนดของกราไฟท์ ข้อกำหนดการเคลือบ SiC ผิวสำเร็จ ข้อกำหนดในการตรวจสอบ และปริมาณ

อ้างอิง

1. SGL Carbon — ตัวรับกราไฟต์และส่วนประกอบสำหรับซิลิคอนและ SiC Epitaxy ข้อมูลทางเทคนิคเกี่ยวกับไอโซสแตติกกราไฟท์ที่มีความบริสุทธิ์สูง การเคลือบ SiC ที่เป็นเนื้อเดียวกัน ความคลาดเคลื่อนของมิติ และการใช้งานอีพิแทกซี

2. SGL Carbon — ตัวรับสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ ASM Epsilon ข้อมูลทางเทคนิคเกี่ยวกับโปรไฟล์พ็อกเก็ต ความเรียบ พื้นผิวสำเร็จ ความบริสุทธิ์ การเคลือบ และการควบคุมมิติสำหรับตัวรับความรู้สึกของซิลิคอนอีพิแทกซี

3. Mersen — อุปกรณ์กระบวนการเซมิคอนดักเตอร์ ข้อมูลทางเทคนิคเกี่ยวกับกราไฟท์เคลือบ SiC บริสุทธิ์พิเศษ ความเข้ากันได้กับ CTE การตัดเฉือนที่แม่นยำ และการใช้งานเอพิแทกซี/MOCVD