השפעתם של גורמים מרכזיים ושל האינטראקציות ביניהם:
1. השפעת צינורות קוורץ
(1) טוהר החומר וזיהומים
- זיהומים מתכתיים (Fe, Cu, Na וכו'):
יוני מתכת בצינורות קוורץ עלולים להתפזר לתוך פרוסות סיליקון או שכבות אפיטקסיאליות בטמפרטורות גבוהות, ליצור מרכזי רקומבינציה של מוליכים ולהפחית באופן משמעותי את אורך החיים.
אינדיקטורים מרכזיים: יש לשלוט בתכולת הזיהומים המתכתיים (למשל, ≤1 ppm, ובמקרה של צינורות קוורץ בעלי טוהר גבוה במיוחד ≤0.1 ppm). - תכולת הידרוקסיל (OH⁻):
קבוצות הידרוקסיל סופגות אנרגיה בתחום האולטרה סגול, מה שעלול להשפיע על יצירת מוליכים המופקים מאור, במיוחד ביישומים פוטו-וולטאיים או בחיישני UV.
המלצה: בחר צינורות קוורץ עם רמת הידרוקסיל נמוכה (למשל, קוורץ סינתטי, OH⁻ < 5 ppm).
(2) פגמים מבניים ויציבות תרמית
- סדקים מיקרוסקופיים או התנפצות:
בטמפרטורות גבוהות, צינורות קוורץ עלולים לעבור תהליך של דה-ויטריפיקציה (למשל, להפוך לקריסטובליט) או לפתח סדקים כתוצאה מלחץ תרמי, לשחרר חלקיקים ולזהם את סביבת התהליך.
הקשר לתוחלת החיים של המוביל: חלקיקים הנצמדים למשטח פרוסת הסיליקון מגבירים את קצב ההתלכדות מחדש של הממשק.
פתרון: השתמש בצינורות קוורץ בעלי טוהר גבוה במיוחד או בצינורות קוורץ מסוממים בטיטניום (נגד התזגגות, עמידים בטמפרטורות של מעל 1200°C) ואופטימיזציה של קצב החימום/קירור (הימנע מהלם תרמי).
2. השפעת אוגנים ורכיבי איטום
(1) תאימות חומרים
- זיהום אוגן מתכת:
אוגנים מפלדת אל-חלד או מבוססי ניקל עלולים לשחרר אדי מתכת (למשל, Cr, Ni) בטמפרטורות גבוהות, ולזהם את הדופן הפנימית של צינור הקוורץ או את הדגימה באמצעות העברה בשלב גזי.
מקרה: בצמיחה אפיטקסית של SiC, זיהום מתכתי עלול להגביר את צפיפות מצב הממשק, מה שמוביל להפחתת אורך חיי המוליך.
חלופה: השתמש באוגנים קרמיים (למשל, Al₂O₃) או באוגנים עם ציפוי פלטינה.
(2) ביצועי איטום
- דליפה הגורמת לחמצון/זיהום:
איטום לקוי של האוגן עלול להוביל לחדירת חמצן או אדי מים, אשר עלולים להגיב עם הסיליקון בטמפרטורות גבוהות וליצור שכבות SiO₂ פגומות, מה שמגביר את תהליך ההתלכדות מחדש של פני השטח.
שיטת זיהוי: השתמש בגלאי דליפות ספקטרומטר מסה הליום כדי לאמת את ביצועי האיטום (קצב דליפה <1×10⁻⁹ mbar·L/s).
3. אינטראקציות ברמת המערכת
(1) ממשק צינור קוורץ-אוגן
- אי התאמה בין מקדמי ההתפשטות התרמית (CTE):
קוורץ (CTE ~0.55×10⁻⁶/°C) ואוגנים מתכתיים (למשל, נירוסטה, CTE ~16×10⁻⁶/°C) עלולים לעבור עיוות תחת לחץ בטמפרטורות גבוהות, מה שעלול לגרום לדליפות מיקרוסקופיות או לשחרור חלקיקים.
עיצוב משופר: השתמש במבנים לאיטום הדרגתי (לדוגמה, מעברי אטם גרפיט) או בחומרי איטום אלסטיים (לדוגמה, גומי פלואור ויטון, מגבלת טמפרטורה <200°C).
(2) הפרעה בזרימת הגז
- הפרעות הנגרמות על ידי מבנה האוגן:
קוטר פנימי לא מתאים של האוגן או עיצוב בעל קצוות חדים עלולים להפריע לזרימת הגז בתהליך, מה שמוביל לחוסר אחידות בטמפרטורה המקומית בצינורות הקוורץ, המשפיע על אחידות הספחת (ובאופן עקיף על אורך חיי המנשא).
4. המלצות לאבחון בעיות של לקוחות
אם לקוח מדווח על ירידה בביצועים לאורך חיי המוצר, הנחה אותו לבדוק את ההיבטים הבאים:
- בדיקת אצווה של צינורות קוורץ: בקש מהספק דוחות ICP-MS (זיהומים מתכתיים) ודוחות FTIR (תכולת הידרוקסיל).
- בדיקת אוגן וחותם: אשר את חומר האוגן, עמידות טבעת האטימה בטמפרטורה, ובדוק אם יש שינוי צבע בטמפרטורה גבוהה (סימנים של אידוי מתכת).
- סקירת פרמטרי התהליך: השווה אם הירידה באורך חיי המנשא עולה בקנה אחד עם שינויים באצווה של צינורות/אוגנים מקוורץ או עם התאמות בטמפרטורת התהליך.
5. פתרונות מומלצים
| הגורם הבסיסי | אמצעי שיפור |
|---|---|
| זיהום מתכת מצינור קוורץ | השתמש בצינורות קוורץ סינתטיים בעלי טוהר גבוה במיוחד (לדוגמה, Heraeus Suprasil®, זיהומים מתכתיים <0.1 ppm). |
| אידוי מתכת מהאוגן | החלף באוגנים קרמיים או באוגנים מתכתיים מצופים פלטינה. |
| דליפת אטם | השתמש בטבעות O כפולות + בדיקת דליפת הליום, או השתמש באטמים מתכתיים (למשל, אטמי נחושת עבור UHV). |
| התנפחות תרמית | בחר צינורות קוורץ בעלי טוהר גבוה במיוחד או צינורות קוורץ מסוממים בטיטניום, ובקר את קצב החימום/קירור (≤5°C/min). |
סיכום
הידרדרות אורך החיים של המנשא עשויה לנבוע משילוב של זיהומים בצינור הקוורץ, זיהום האוגן ופגמים בתכנון המערכת. כדי לטפל בבעיה באופן יסודי, יש לבצע אופטימיזציה בשלושה היבטים: טוהר החומר, אמינות האיטום ותאימות תרמית. מומלץ ללקוחות לספק נתוני תהליך מפורטים יותר (כגון עקומות טמפרטורה וסוגי גז) כדי לקבל המלצות מדויקות לגבי הרכיבים.