De rol van SiC-gecoate susceptoren in Veeco LED-epitaxieprocessen

De epitaxieomgeving voor LED's is erg heet en zeer gevoelig, en een kleine verandering in de omgeving kan al leiden tot een andere waferkwaliteit. De susceptor is een belangrijk onderdeel in de reactor. Deze ondersteunt de wafer tijdens de epitaxiale groei en speelt een cruciale rol in de gelijkmatige warmteverdeling over de gehele wafer. De meeste Veeco LED-epitaxiesystemen maken gebruik van een grafietsusceptor met een SiC-coating. Deze SiC-coating beschermt het grafiet tegen beschadiging door hitte en chemicaliën en zorgt voor een uniforme LED-kwaliteit.

Hoe CVD SiC-coating de thermische uniformiteit in Veeco EPIK-gereedschappen verbetert

Het is van groot belang om de wafer tijdens de fabricage van hoogwaardige LED's op een geschikte temperatuur te houden. CVD sic De coating zorgt voor een glad en stabiel oppervlak op de grafietsusceptor, waardoor de warmte gelijkmatig wordt verdeeld tijdens de groei van het SiC LED-substraat.

Zelfs als er geen CVD SIC-coating Bij gebruik van een dunnere CVD SiC-coating kunnen kleine variaties binnen individuele grafietlagen leiden tot verschillen in de warmteoverdrachtseigenschappen van het oppervlak. Echter, met een hoogwaardigere CVD SiC-coating worden de warmteoverdrachtseigenschappen van het oppervlak aanzienlijk verbeterd en daardoor het thermische profiel uniformer. Eén fabriek had problemen met kleurverschillen over de wafers, veroorzaakt door ongelijkmatige verwarming over het oppervlak. Door echter een dikkere, hoogwaardigere CVD SiC-coating te gebruiken, werd dit probleem opgelost. CVD TaC De coating overwon deze instabiliteit.

Oppervlakte-onvolkomenheden en krassen van de CVD SiC-coating en CVD SiC grondstof met hoge zuiverheid Dit kan de variabiliteit vergroten, omdat het ongelijkmatige materiaalgroei of mogelijke 'hot spots' op het coatingoppervlak veroorzaakt. Coatings worden door veel fabrikanten routinematig gecontroleerd op slijtage en scheuren door de status van de CVD SiC-coating na een reeks verwarmingscycli te observeren. De susceptor kan tijdens het CVD-proces worden geroteerd om de uniformiteit en duurzaamheid van de CVD SiC-coating te verbeteren.

Het gebruik van een CVD SiC-coating kan echter niet alle variatie wegnemen, maar maakt het wel veel gemakkelijker om op grote schaal consistent basismateriaal te produceren voor de productie van LED's.

De functie van hoogzuivere grafietsusceptoren in LED-epitaxie

De susceptor ondersteunt de wafer en houdt deze op een redelijk constante temperatuur terwijl de kristallaag groeit. Meestal wordt grafiet gebruikt, en bij voorkeur grafiet met een hoge zuiverheid, omdat dit bestand is tegen extreem hoge temperaturen zonder te vervormen.

Deze hoge thermische geleidbaarheid helpt bij het overbrengen van de warmte van de verwarmingselementen naar de wafer en het stabiliseren van de wafertemperatuur tijdens de laaggroei. Omdat kleine temperatuurschommelingen de kristalgroei beïnvloeden, moet de temperatuur zo constant mogelijk blijven.

Zuiverheid is een belangrijke factor bij het gebruik van grafiet. Verontreinigd grafiet bevat metaal en andere onzuiverheden die tijdens het verhitten van de susceptor vrijkomen en zich op de wafer afzetten, waardoor kristaldefecten ontstaan.

Sommige fabrikanten constateerden een toename van defecte LED's bij gebruik van minder zuiver grafiet. Grafiet van hogere zuiverheid en strengere inspecties leverden betere resultaten op. Een ander aandachtspunt is de vlakheid van de susceptor.

Na een aantal verwarmings- en afkoelingscycli kan de susceptor vervormen. Deze vervorming beïnvloedt de gasstroom en de positionering van de wafer, wat beide van invloed is op de stabiliteit van de laaggroei.

Het verminderen van deeltjesproblemen bij epitaxie door middel van geoptimaliseerd oppervlakteontwerp.

De meeste problemen met deeltjes beginnen eigenlijk bij de oppervlakken waarmee de onderdelen en gassen in contact komen. Susceptoren, voeringen en dergelijke kunnen na verloop van tijd geleidelijk deeltjes vrijgeven doordat hun oppervlakken bekrast of versleten raken.

Bij hoge temperaturen in de procesgassen kunnen kleine scheurtjes of slijtage van de coatinglaag microfragmenten produceren die door de reactor reizen en zich op de wafers afzetten. Bij een voldoende grote diameter zal één deeltje op één waferoppervlak leiden tot één defect op de uiteindelijke LED.

Een glad oppervlak vermindert de kans op het vrijkomen van deeltjes, maar het moet wel bestand zijn tegen herhaalde temperatuurschommelingen. Sommige coatings lijken bij kamertemperatuur een goed oppervlak te hebben, maar ontwikkelen na verloop van tijd microbarsten. Deeltjesproblemen ontstaan ​​vaak geleidelijk wanneer de coating slijt.

Bij veel procesonderdelen treedt beschadiging op aan de rand, omdat daar de hoogste spanning geconcentreerd is. Door de kwaliteit, de laagdikte en de spanningsconcentratie aan de randen te controleren, kunnen we slijtage verminderen.

Om te voorkomen dat de coatinglaag na elke bewerking loslaat, moet de hechting tussen de coating en het grafietsubstraat goed zijn. Regelmatige inspectie bij fel licht of het nemen van monsters kan waarschuwingen geven voor dergelijke problemen die zich beginnen te ontwikkelen.

Vergelijking van kale grafiet- en SiC-gecoate susceptoren in LED-productie

Hoewel zowel kale grafiet- als SiC-gecoate susceptoren worden gebruikt bij de fabricage van LED's, presteren ze qua operationele parameters heel verschillend.

De redenen waarom kaal grafiet wordt gebruikt, zijn de efficiënte warmteoverdracht en het grote blootgestelde oppervlak dat warmte kan opnemen, en de relatief trage deeltjesemissie vanaf het oppervlak na een paar uur gebruik. Er zijn echter ook nadelen. Deze zijn een relatief slechte warmteverdeling en het grote oppervlak maakt het reactiever met gassen in de kamer, waardoor het sneller deeltjes afgeeft. Deze trage opbouw is in veel gevallen echter een compromis.

De met SiC gecoate susceptor verhelpt een aantal van deze problemen door de toevoeging van een harde beschermende coating.

Men zou kunnen kijken naar LED-fabrieken die in grote volumes produceren met lange werktijden. Sommige fabrieken merken dat bij langere productiecycli met onbewerkt grafiet de uniformiteit van de wafer geleidelijk afneemt. Het oppervlak van de susceptor lijkt langzaam te veranderen, waardoor de warmteverdeling instabieler wordt.

Het gebruik van SiC-gecoate susceptoren voor lange productieruns betekent dat deze variatie in waferuniformiteit minder vaak voorkomt. Met andere woorden, bij één fabriek betekent de overstap naar SiC-gecoate susceptoren dat de productielijnen minder vaak hoeven te worden bijgesteld bij het wisselen tussen verschillende batches.

De thermische eigenschappen kunnen worden onderzocht. Het kale grafiet lijkt een zekere mate van temperatuurinstabiliteit aan het oppervlak te vertonen. Men vermoedt dat dit te wijten is aan de langzame verandering van het oppervlak en ook aan een onbekende component van de coating.

De SiC-coating fixeert het oppervlak, waardoor veranderingen worden voorkomen en de warmteoverdracht constant blijft. Het effect hiervan op LED's is dat als de gegroeide laag wordt blootgesteld aan temperatuurschommelingen, de golflengte/helderheid ook zal veranderen.

Het gebruik van met SiC gecoate susceptoren kent natuurlijk ook nadelen; de prijs en het feit dat ze, hoewel ze zelf geen deeltjes bevatten, wel deeltjes afgeven als ze barsten, waardoor ze eerder deeltjes introduceren dan verminderen.

Daarom moeten de coatings nauwlettend worden gecontroleerd en onderhouden om te voorkomen dat degradatie optreedt voordat er een defect ontstaat. Hoewel slijtvaste coatings over het algemeen enige tijd meegaan, moeten ze daarna vervangen worden.

Onderhouds- en reinigingsstrategieën voor duurzame Veeco-onderdelen

Door de Veeco-onderdelen in goede conditie te houden, wordt de levensduur ervan verlengd en de stabiliteit van het epitaxieproces behouden. Na verloop van tijd hoopt zich residu op op susceptoren, voeringen en gecoate ringen. Zelfs in de dunne lagen die zichtbaar zijn, kan deze residu-ophoping de thermische respons over het oppervlak beïnvloeden en leiden tot een slechte procesconsistentie.

Een ingenieur meldde ongelijke helderheid van LED's of slechte waferresultaten en onderzocht vervolgens of residu de oorzaak van het probleem was. Er zouden verschillende reinigingsprocedures ontwikkeld moeten worden voor verschillende materialen. Onderdelen van zeer zuiver grafiet mogen niet worden blootgesteld aan schurende chemicaliën of schurende schrobmethoden, omdat deze methoden het onderdeel kunnen slijten.

Verschillende productielijnen gebruiken simpelweg getimede plasmareiniging of meer conservatieve chemische methoden om aanslag te verwijderen. Het is ook belangrijk om SiC-gecoate onderdelen zorgvuldig te behandelen. Hoewel dit onderdeel relatief robuust is, zullen deukjes en krassen die tijdens het reinigen ontstaan ​​uiteindelijk kleine scheurtjes veroorzaken die deeltjes kunnen bevatten. Eén productielijn heeft dit opgelost door zachtere reinigingsmiddelen te gebruiken en een betere hanteringstechniek voor deze onderdelen te ontwikkelen.

Ook na het reinigen vindt routinematig beheer van de levensduur van onderdelen plaats. Een snelle controle op verkleuring, microscheurtjes of een ongelijkmatige glansverdeling kan de eerste tekenen van een defect aan het licht brengen. Veel chipfabrikanten gebruiken monitoring van de levenscyclus van onderdelen in plaats van te vertrouwen op vervanging op basis van defecten. Het onderdeel wordt vervangen voordat het probleem zichtbaar wordt.

Ook de opslag wordt vaak onderschat. Hoewel de onderdelen schoon zijn, raken ze gemakkelijk vervuild met stof en vocht wanneer ze in de open lucht worden bewaard. Daarom moeten ze vóór volgend gebruik in schone, luchtdichte containers worden bewaard.

Na verloop van tijd blijkt dat de sleutel tot een lange levensduur van onderdelen ligt in de kleine dingen, die elke dag betrouwbaar worden uitgevoerd. Dat de voorzichtige aanpak van het reinigingsproces, de zorgvuldige hantering en de constante bewaking van de levensduur van het onderdeel de stabiliteit van het epitaxieproces aanzienlijk kunnen beïnvloeden.