سیمی کنڈکٹر ایپیٹیکسی کے لیے گریفائٹ کو سلکان کاربائیڈ کے ساتھ کیوں لیپت کیا جاتا ہے؟

سیمی کنڈکٹر ایپیٹیکسی میں، گریفائٹ کو شاذ و نادر ہی منتخب کیا جاتا ہے کیونکہ یہ اعلی درجہ حرارت کو برداشت کر سکتا ہے۔ اس کی اصل قدر مشینی صلاحیت، تھرمل ردعمل، برقی رویے اور پیچیدہ ری ایکٹر کے اجزاء جیسے بیرل سسپٹرز، پینکیک سسپٹرز، سنگل ویفر ہولڈرز اور MOCVD کیریئرز بنانے کی صلاحیت کے امتزاج میں مضمر ہے۔ پھر بھی وہی گریفائٹ سطح جو یہ فوائد فراہم کرتی ہے ہمیشہ ایپیٹیکسی ماحول میں براہ راست اور بار بار نمائش کے لیے موزوں نہیں ہوتی۔ یہی وجہ ہے کہ گریفائٹ کے بہت سے اہم اجزاء گھنے کے ساتھ محفوظ ہیں۔کیمیائی بخارات جمع شدہ سلکان کاربائیڈ کوٹنگ، وہ تخلیق کرنا جسے عام طور پر بیان کیا جاتا ہے۔سی سی لیپت گریفائٹ.

انجینئرنگ کا تصور سادہ لیکن اہم ہے: گریفائٹ باڈی ساختی اور تھرمل پلیٹ فارم مہیا کرتی ہے، جبکہ CVD SiC پرت عمل کا سامنا کرنے والی سطح بن جاتی ہے۔ اس لیے نتیجے میں آنے والے اجزاء کو اختیاری حفاظتی پرت کے ساتھ گریفائٹ کے بجائے ایک مربوط مادی نظام کے طور پر سمجھا جانا چاہیے۔

Epitaxy Reactors میں گریفائٹ کیوں اہم رہتا ہے۔

ایک epitaxy susceptor صرف ایک ویفر کو پکڑنے کے مقابلے میں کافی زیادہ کام کرتا ہے۔ یہ ویفر کی مکینیکل پوزیشن قائم کرتا ہے، حرارت کی منتقلی میں حصہ لیتا ہے اور ری ایکٹر کے ڈیزائن پر منحصر ہے، گردش، انڈکشن ہیٹنگ اور گیس کے بہاؤ کے ساتھ تعامل کرتا ہے۔ جیب کی گہرائی، چپٹا پن، سطح کی پروفائل یا تھرمل رویے میں چھوٹی تبدیلیاں مقامی ویفر ماحول کو تبدیل کر سکتی ہیں اور بالآخر اپیٹیکسیل یکسانیت کو متاثر کرتی ہیں۔

یہ ضرورت باریک اناج اور آئسوسٹیٹک گریفائٹ کے مسلسل استعمال کی وضاحت کرتی ہے۔ گریفائٹ کو جیومیٹریوں میں درست طریقے سے مشین بنایا جا سکتا ہے جو بہت سے گھنے سیرامک ​​مواد سے تیار کرنا کافی زیادہ مشکل یا مہنگا ہوگا۔ یہ تھرمل اور برقی خصوصیات بھی فراہم کرتا ہے جو کئی ہاٹ وال اور انڈکشن ہیٹڈ ری ایکٹر کے تصورات کے ساتھ مطابقت رکھتا ہے۔

تجارتی سلکان اور کے لئےایس سی ایپیٹیکسی, SGL کاربن اعلی طاقت والے isostatic graphite کی شناخت لیپت سسپٹرز کے لیے بنیادی مواد کے طور پر کرتا ہے اور نوٹ کرتا ہے کہ susceptor میٹریل کا معیار epitaxial تہہ کے معیار پر براہ راست اثر انداز ہوتا ہے۔ اس لیے سخت جہتی رواداری، یکساں کوٹنگ اور پاکیزگی کو آزاد تصریحات کے بجائے مربوط ضروریات کے طور پر سمجھا جاتا ہے۔

مشکل یہ ہے کہ تھرمل باڈی کی تعمیر کے لیے موزوں مواد ضروری نہیں کہ عمل کے ماحول سے رابطے کے لیے بہترین سطح ہو۔ یہ فرق سلکان کاربائیڈ لگانے کی بنیادی وجہ ہے۔

کیوں ننگی گریفائٹ ایک مثالی عمل کا سامنا کرنے والی سطح نہیں ہے۔

A ننگے گریفائٹ جزوایسے ماحول میں کام کرتا ہے جس میں اعلی درجہ حرارت، رد عمل کی پیشگی گیسیں اور بار بار حرارتی اور ٹھنڈک ہو۔ ان حالات میں سطح آہستہ آہستہ ری ایکٹر کیمسٹری کا حصہ بن سکتی ہے۔

سلکان کاربائیڈ ایپیٹیکسی میں یہ مسئلہ خاص طور پر واضح ہے۔ کلورائیڈ پر مبنی SiC CVD پر شائع شدہ کام خاص طور پر SIC کے ساتھ لیپت کردہ گریفائٹ سسیپٹرز کی وضاحت کرتا ہے تاکہ نمو کے دوران گرم گریفائٹ سے نجاست اور اضافی ہائیڈرو کاربن کو خارج ہونے سے روکا جا سکے۔ اسی کام کی اطلاع ہے کہ گرم مقامات پر SiC کوٹنگ کا انحطاط رن ٹو رن تولیدی صلاحیت کو متاثر کر سکتا ہے، یہ واضح کرتا ہے کہ سسپٹر سطح کی حالت خود اس عمل کا حصہ بن سکتی ہے۔

اس لیے خطرہ سادہ آکسیکرن سے زیادہ وسیع ہے۔ براہ راست نمائش کیمیکل حملے، سطح کی ترقی پذیری، ذرات کی آزادی، ٹریس نجاست کی نمائش یا گریفائٹ اور پروسیس گیس کے درمیان ناپسندیدہ رد عمل کا باعث بن سکتی ہے۔ صفائی کے چکر ایک اور تناؤ کا طریقہ کار متعارف کروا سکتے ہیں کیونکہ ایک ہی جزو کو بار بار جمع کرنے والی کیمسٹری اور چیمبر کلیننگ کیمسٹری دونوں کو زندہ رہنا چاہیے۔

سیمی کنڈکٹر کی پیداوار کے لیے، یہ ایک ناپسندیدہ فیڈ بیک لوپ بناتا ہے۔ سطح کا انحطاط سسپٹر کی حالت کو بدل دیتا ہے۔ ایک بدلنے والا سسپٹر ویفر کے ارد گرد مقامی کیمیکل اور تھرمل باؤنڈری کو تبدیل کر سکتا ہے۔ اور بدلتی ہوئی حد عمل کی تکرار کو کم کر سکتی ہے۔

لہذا گریفائٹ کوٹنگ کرنے کا مقصد صرف اس حصے کو "زیادہ سنکنرن مزاحم" بنانا نہیں ہے۔ یہ رکھنے کے لئے ہےعمل کا سامنا کرنے والی حد وقت کے ساتھ زیادہ مستحکم ہوتی ہے۔.

گریفائٹ اور عمل کے درمیان ایک فنکشنل انٹرفیس کے طور پر CVD SiC

ایک CVD SiC کوٹنگ مشینی گریفائٹ باڈی پر ایک گھنی سلکان کاربائیڈ سطح بناتی ہے۔ کمرشل SiC کوٹنگز عام طور پر تقریباً 1,200 ° C سے زیادہ درجہ حرارت پر کیمیائی بخارات کے جمع ہونے سے جمع ہوتی ہیں۔ SGL کاربن 1,200–1,300 °C کے عام جمع درجہ حرارت کی اطلاع دیتا ہے اور خاص طور پر اس بات پر زور دیتا ہے کہ تھرمل تناؤ کو کم کرنے کے لیے گریفائٹ سبسٹریٹ کے تھرمل توسیعی رویے کو کوٹنگ سے ملایا جانا چاہیے۔

ایک بار جمع ہونے کے بعد، SiC پرت گریفائٹ اور ری ایکٹر کے ماحول کے درمیان ایک فعال انٹرفیس کے طور پر کام کرتی ہے۔ اس کی کیمیائی مزاحمت کاربن پر براہ راست حملے کو کم کرتی ہے۔ اس کی کثافت عمل کے ماحول میں گریفائٹ کی براہ راست نمائش کو محدود کرتی ہے۔ اس کی اعلیٰ پاکیزگی ویفر کے قریب ایک زیادہ کنٹرول شدہ سطح فراہم کرتی ہے، اور اس کی میکانکی سالمیت کٹاؤ سے متعلق ذرات کی پیداوار کو کم کرنے میں مدد کرتی ہے۔

ان فوائد کا انحصار کوٹنگ کے برقرار رہنے پر ہے۔ موٹائی کی ناقص یکسانیت، مقامی پن ہولز، بقایا تناؤ یا کمزور چپکنے والی کوٹنگ آخرکار ٹوٹ سکتی ہے یا ڈیلامینیٹ ہو سکتی ہے۔ جب ایسا ہوتا ہے، گریفائٹ دوبارہ بے نقاب ہو جاتا ہے اور حفاظتی کام مقامی طور پر ختم ہو جاتا ہے۔

اس وجہ سے، اکیلے کوٹنگ کی موٹائی ایک بامعنی معیار میٹرک نہیں ہے. زیادہ مفید انجینئرنگ پیرامیٹرز کا مجموعہ ہے۔پاکیزگی، کثافت، سطح کی کھردری، موٹائی کی یکسانیت، مائیکرو اسٹرکچر، سبسٹریٹ کی مطابقت اور انٹرفیس کی سالمیت.

مرسن اپنے سیمی کنڈکٹر آلات کی رہنمائی میں اسی مادی نظام کے نقطہ نظر کی پیروی کرتا ہے۔ یہ epitaxy اور MOCVD کے لیے SiC کے ساتھ ملمع الٹرا پیور گریفائٹ کی وضاحت کرتا ہے اور خاص طور پر طویل مدتی کوٹنگ کی سالمیت کی شرط کے طور پر گریفائٹ اور سلکان کاربائیڈ کے درمیان CTE مطابقت کو نمایاں کرتا ہے۔

عملی لحاظ سے، مثالی جزو وہ نہیں ہے جس میں سب سے موٹی SiC پرت ہو۔ یہ وہ ہے جس میں گریفائٹ گریڈ، کوٹنگ آرکیٹیکچر، مشینی رواداری اور آپریٹنگ حالات بار بار عمل کے چکروں کے ذریعے مستحکم رہنے کے لیے کافی اچھی طرح سے مماثل ہیں۔

سسپٹر جیومیٹری اور فلیٹ پن ویفر کے درجہ حرارت کی یکسانیت کو کیسے متاثر کرتے ہیں؟

ایک SiC لیپت susceptor کی قدر اس وقت واضح ہو جاتی ہے جب جزو کو محض ایک قابل استعمال کے طور پر دیکھنے کے بجائے تھرمل فیلڈ کے حصے کے طور پر دیکھا جاتا ہے۔

ایک آسان ایپیٹیکسی نظام میں توانائی کے راستے کی نمائندگی اس طرح کی جا سکتی ہے:

حرارت کا ذریعہ → SiC- Coated Graphite Susceptor → Wafer Thermal Boundary → Wafer Temperature → Epitaxial Growth

ہر انٹرفیس اہمیت رکھتا ہے۔ اگر سسپٹر مسخ ہو جاتا ہے، اگر جیبوں کا طول و عرض بدل جاتا ہے، اگر ذخائر غیر مساوی طور پر جمع ہوتے ہیں یا اگر کوٹنگ مقامی طور پر ناکام ہو جاتی ہے، تو ویفر کے تجربہ کردہ حالات تبدیل ہو سکتے ہیں یہاں تک کہ برائے نام ری ایکٹر کی ترکیب میں کوئی تبدیلی نہ ہو۔

یہی وجہ ہے کہ صحت سے متعلق مشینی اور کوٹنگ کا معیار مضبوطی سے جڑا ہوا ہے۔ SGL کاربن سیلیکون ایپیٹیکسی سسپٹرز کے لیے پاکٹ پروفائل، چپٹا پن، سطح کی تکمیل، پاکیزگی اور یکساں SiC کوٹنگ پر زور دیتا ہے اور سسپٹر کی خصوصیات کو ایپیٹیکسیل لیئر کے معیار سے بھی جوڑتا ہے۔

MOCVD میں بھی ایسا ہی تعلق ہے۔ ویفر کیریئرز ایک کنٹرول شدہ تھرمل اور پیشگی فیلڈ کے ذریعے سبسٹریٹس کو گھماتے ہیں، اور کیریئر کا تھرمل برتاؤ ویفر درجہ حرارت کی تقسیم میں حصہ ڈالتا ہے۔ SGL کاربن نوٹ کرتا ہے کہ LED اور GaN سے متعلق MOCVD ایپلی کیشنز میں کیریئر کی کارکردگی کو کنٹرول کرنے کے لیے ہائی پیوریٹی گریفائٹ، یکساں SIC کوٹنگز اور سخت جہتی رواداری کا استعمال کیا جاتا ہے۔

لہٰذا یہ دعویٰ کرنا غلط ہوگا کہ اکیلے SiC کوٹنگ "Epitaxial پیداوار کو بہتر کرتی ہے۔" انجینئرنگ کا زیادہ قابل دفاع نتیجہ یہ ہے کہ ایک مستحکم، اچھی طرح سے ڈیزائن کیا گیا SiC کوٹڈ گریفائٹ جزو کو برقرار رکھنے میں مدد کرتا ہے۔تھرمل، کیمیائی اور آلودگی کی حد کے حالاتریپیٹ ایبل ایپیٹیکسی کے لیے ضروری ہے۔

یہ فرق تکنیکی درستگی اور سپلائر کی اہلیت دونوں کے لیے اہم ہے۔

Silicon اور SiC Epitaxy کے درمیان تقاضے کیوں مختلف ہیں۔

بنیادی مادی تصور سلکان اور SiC epitaxy کے لیے یکساں ہے، لیکن آپریٹنگ ماحول کی شدت مختلف ہے۔

سلکان ایپیٹیکسی میں، اعلی طہارت لیپت سسپٹرز کو جہتی درستگی، تھرمل یکسانیت اور صاف عمل کی سطح کو برقرار رکھنا چاہیے۔ تجارتی سپلائر فلیٹنس، جیب جیومیٹری، مشینی رواداری اور کوٹنگ کی یکسانیت پر زیادہ زور دیتے ہیں کیونکہ سسپٹر ویفر ہیٹنگ سسٹم کا حصہ بنتا ہے۔

SiC ایپیٹیکسی عام طور پر گرم زون پر زیادہ تھرمل اور کیمیائی تناؤ رکھتا ہے۔ مثال کے طور پر، کلورائڈ پر مبنی SiC ترقی شائع شدہ ری ایکٹر کے مطالعے میں 1,570 ° C کے ارد گرد درجہ حرارت پر کام کر سکتی ہے۔ اس طرح کے حالات میں، مقامی گرم مقامات پر کوٹنگ کا انحطاط خاص طور پر متعلقہ ہو جاتا ہے کیونکہ سسپٹر کی سطح میں تبدیلیاں متعدد رنز پر تولیدی صلاحیت کو متاثر کر سکتی ہیں۔

لہذا مناسب سوال یہ نہیں ہے کہ آیا SiC کوٹنگ ایک عمل کے لیے دوسرے سے بہتر ہے۔ صحیح سوال یہ ہے کہ کیا کوٹنگ فن تعمیر اصل سے مطابقت رکھتا ہے۔درجہ حرارت، گیس کیمسٹری، تھرمل سائیکل، صفائی کا طریقہ اور جزو جیومیٹری.

متبادل کوٹنگز جیسے کہ TaC کا جائزہ لیتے وقت یا ٹھوس SiC اجزاء پر غور کرتے وقت یہی منطق لاگو ہوتی ہے۔ مواد کے انتخاب کو عام مادی درجہ بندی کے بجائے عمل کے ماحول کی پیروی کرنی چاہیے۔

انجینئرنگ جزو کے طور پر SiC- Coated Graphite کی وضاحت کرنا

تکنیکی طور پر معنی خیز تصریح کوٹنگ کے بجائے ری ایکٹر سے شروع ہوتی ہے۔

فراہم کنندہ کو گریفائٹ اور کوٹنگ کی ضروریات کی وضاحت کرنے سے پہلے ایپیٹیکسی عمل، ری ایکٹر کی ترتیب، ویفر کا سائز، جزو جیومیٹری، آپریٹنگ درجہ حرارت، پروسیس گیسز اور کلیننگ کیمسٹری کو سمجھنا چاہیے۔ اس کے بعد اجزاء کی ڈرائنگ کو جیب جیومیٹری، چپٹا پن، اہم طول و عرض اور سطح کی تکمیل کو قائم کرنا چاہیے۔ ان ضروریات کو سمجھنے کے بعد ہی کوٹنگ کی موٹائی، یکسانیت، کھردری اور معائنہ کے معیار کو حتمی شکل دی جانی چاہیے۔

یہ نقطہ نظر شے کی درخواست سے RFQ کو تبدیل کرتا ہے۔

"اقتباس aسی سی لیپت گریفائٹ سسپٹر"

-اصلی عمل کے ارد گرد تعمیر کردہ انجینئرنگ کی تفصیلات تک۔

ایپیٹیکسی اجزاء کے لیے، مقصد صرف زندگی بھر کوٹنگ کو زیادہ سے زیادہ کرنا نہیں ہے۔ مقصد ایک ایسے جزو کو برقرار رکھنا ہے جو سپورٹ کرتا ہے۔مستحکم ویفر درجہ حرارت، کنٹرول شدہ آلودگی، کم ذرہ خطرہ، جہتی مستقل مزاجی اور دوبارہ قابل ترقی کے حالاتاپنی مطلوبہ خدمت کی مدت کے دوران۔

اکثر پوچھے گئے سوالات

1. ایپیٹیکسی میں گریفائٹ کو سلکان کاربائیڈ کے ساتھ کیوں لیپت کیا جاتا ہے؟

گریفائٹ مشینی صلاحیت اور مفید تھرمل خصوصیات فراہم کرتا ہے، جبکہ CVD SiC ایک کیمیائی طور پر مستحکم، اعلی طہارت کے عمل کا سامنا کرنے والی سطح فراہم کرتا ہے۔ یہ امتزاج پیچیدہ گریفائٹ سسیپٹرز کو سیمی کنڈکٹر ماحول میں کام کرنے کی اجازت دیتا ہے۔

2. ننگی گریفائٹ کیوں نہیں استعمال کرتے؟

برہنہ گریفائٹ رد عمل والی گیسوں کے ساتھ تعامل کر سکتا ہے، نجاست کو بے نقاب کر سکتا ہے، وقت کے ساتھ ساتھ ذرات کو کچلا یا پیدا کر سکتا ہے۔ ایک گھنے SiC کوٹنگ گریفائٹ کو عمل کے ماحول سے الگ کرتی ہے۔

3. کیا SiC کوٹنگ آلودگی کو ختم کرتی ہے؟

نہیں، یہ گریفائٹ سے متعلق آلودگی کے خطرے کو کم کرتا ہے جب کوٹنگ برقرار رہتی ہے، لیکن آلودگی گیسوں، چیمبر کی سطحوں، ذخائر، ہینڈلنگ اور ری ایکٹر کے دیگر اجزاء سے بھی پیدا ہو سکتی ہے۔

4. کیا SiC کوٹنگ تھرمل کارکردگی کو متاثر کرتی ہے؟

جی ہاں کوٹنگ، گریفائٹ سبسٹریٹ، جزو جیومیٹری اور سطح کی حالت مل کر سسپٹر اور ویفر کے درمیان تھرمل باؤنڈری کو متاثر کرتی ہے۔ لہذا کوٹنگ کو مکمل جزو کے حصے کے طور پر جانچنا چاہئے۔

RFQ میں کون سی معلومات شامل کی جانی چاہیے؟

ایک مفید RFQ میں ری ایکٹر کا ماڈل، عمل کی قسم، ویفر کا سائز، اجزاء کی ڈرائنگ، آپریٹنگ درجہ حرارت، عمل اور صفائی کی گیسیں، گریفائٹ کی ضروریات، کوٹنگ کی تفصیلات، اہم رواداری، سطح کی تکمیل، معائنہ کا معیار اور مطلوبہ مقدار شامل ہونی چاہیے۔

حوالہ جات

1. ایس جی ایل کاربن۔ سلکان اور SiC Epitaxy کے لیے گریفائٹ سسیپٹرز اور اجزاء۔

2. ایس جی ایل کاربن۔ SIGRAFINE® SiC کوٹنگ۔  

3. مرسن۔ سیمی کنڈکٹر پراسیس کا سامان — الٹرا پیور گریفائٹ سلکان کاربائیڈ کے ساتھ لیپت۔ پیڈرسن، H. et al. کلورائڈ پر مبنی CVD کا استعمال کرتے ہوئے SiC Epitaxy گروتھ۔ جرنل آف کرسٹل گروتھ۔