Prečo zlyhá Spiceptor Graphit Sustor potiahnutý SIC? - Vetek polovodič

Analýza faktorov zlyhania grafitového susceptora potiahnutého SiC

Zvyčajne sú epitaxiálne SIC potiahnuté grafitové splátky často vystavené vonkajšiemu iMPACt počas používania, ktorý môže pochádzať z procesu manipulácie, nakladania a vykladania alebo náhodnej ľudskej zrážky. Hlavným faktorom vplyvu však stále pochádza z kolízie doštičiek. Substráty Sapphire aj SIC sú veľmi ťažké. Problém s nárazom je obzvlášť bežný pri vysokorýchlostných zariadeniach MOCVD a rýchlosť jeho epitaxného disku môže dosiahnuť až 1 000 ot./min. Počas spustenia, vypnutia a prevádzky stroja, v dôsledku účinku zotrvačnosti sa tvrdý substrát často vyhodí a zasiahne bočnú stenu alebo okraj epitaxiálnej diskovej jamy, čo spôsobuje poškodenie povlaku SIC. Najmä pre novú generáciu veľkých MOCVD zariadení je vonkajší priemer jeho epitaxného disku väčší ako 700 mm a silnejšia sila odstredivej sily substrátu zvyšuje silnejšiu silu substrátu a deštruktívna sila silnejšia.

NH3 produkuje veľké množstvo atómového H po vysokej teplote pyrolýzy a atómový H má v grafitovej fáze silnú reaktivitu na uhlík. Keď kontaktuje exponovaný grafitový substrát pri trhliny, dôrazne vylepí grafit, reaguje na generovanie plynných uhľovodíkov (NH3+C → HCN+H2) a v grafitovom substráte vytvorí vrt oblasť a pórovitá grafitová oblasť. V každom epitaxiálnom procese vrtuály nepretržite uvoľnia veľké množstvo uhľovodíkových plynov z trhlín, zmiešajú sa do procesnej atmosféry, ovplyvní kvalitu epitaxiálnych doštičiek pestovaných každou epitaxou a nakoniec spôsobí, že grafitový disk sa čoskoro zošrotuje.

Všeobecne povedané, plyn použitý v pekáči je malé množstvo H2 plus N2. H2 sa používa na reakciu s usadeninami na povrchu disku, ako je AlN a AlGaN, a N2 sa používa na čistenie reakčných produktov. Nánosy, ako sú zložky s vysokým obsahom Al, sa však ťažko odstraňujú aj pri H2/1300 °C. Pre bežné LED produkty je možné použiť malé množstvo H2 na čistenie plechu na pečenie; avšak pri produktoch s vyššími požiadavkami, ako sú napájacie zariadenia GaN a RF čipy, sa plyn Cl2 často používa na čistenie plechu na pečenie, ale náklady sú také, že životnosť plechu je výrazne znížená v porovnaní s životnosťou používanou pre LED. Pretože Cl2 môže korodovať povlak SiC pri vysokej teplote (Cl2+SiC→SiCl4+C) a vytvárať množstvo koróznych otvorov a zvyškového voľného uhlíka na povrchu, Cl2 najskôr koroduje hranice zŕn povlaku SiC a potom koroduje zrná, čo vedie k zníženie pevnosti povlaku až po prasknutie a porušenie.

SIC Epitaxial Plyn a zlyhanie povlaku SIC

Epitaxný plyn SiC zahŕňa hlavne H2 (ako nosný plyn), SiH4 alebo SiCl4 (poskytujúci zdroj Si), C3H8 alebo CCl4 (poskytujúci zdroj C), N2 (poskytujúci zdroj N, na doping), TMA (trimetylhliník, poskytujúci zdroj Al, na doping ), HCl+H2 (in-situ leptanie). Chemická reakcia epitaxného jadra SiC: SiH4+C3H8→SiC+vedľajší produkt (asi 1650 ℃). SiC substráty musia byť pred epitaxiou SiC očistené za mokra. Mokré čistenie môže zlepšiť povrch podkladu po mechanickom ošetrení a odstrániť prebytočné nečistoty prostredníctvom viacnásobnej oxidácie a redukcie. Potom použitie HCl + H2 môže zvýšiť efekt leptania in-situ, účinne inhibovať tvorbu zhlukov Si, zlepšiť účinnosť využitia zdroja Si a leptať povrch monokryštálu rýchlejšie a lepšie, čím sa vytvorí jasný krok rastu povrchu, ktorý urýchľuje rast. rýchlosť a účinne znižuje defekty epitaxnej vrstvy SiC. Zatiaľ čo HCl+H2 leptá SiC substrát in-situ, spôsobí tiež malé množstvo korózie na SiC povlaku na častiach (SiC+H2→SiH4+C). Pretože nánosy SiC s epitaxnou pecou stále narastajú, táto korózia má malý vplyv.

SIC je typický polykryštalický materiál. Najbežnejšie kryštalické štruktúry sú 3C-SIC, 4H-SIC a 6H-SIC, medzi ktorými 4H-siC je kryštalický materiál používaný hlavnými zariadeniami. Jedným z hlavných faktorov ovplyvňujúcich kryštálovú formu je reakčná teplota. Ak je teplota nižšia ako určitá teplota, ľahko sa vytvoria iné kryštálové formy. Reakčná teplota 4H-SIC epitaxie široko používanej v priemysle je 1550 ~ 1650 ℃. Ak je teplota nižšia ako 1550 ℃, ľahko sa vytvoria ďalšie kryštálové formy, ako napríklad 3C-SIC. 3C-SIC je však kryštálová forma bežne používaná v povlakoch SIC. Reakčná teplota asi 1600 ℃ dosiahla limit 3C-SIC. Životnosť SIC povlakov je preto obmedzená hlavne reakčnou teplotou epixie SIC.

Pretože rýchlosť rastu usadenín SiC na povlakoch SiC je veľmi rýchla, je potrebné po kontinuálnej výrobe na určitý čas vypnúť horizontálne horúce steny SiC epitaxiálne zariadenie a časti povlaku SiC vo vnútri je potrebné vybrať. Prebytočné usadeniny ako SiC na SiC povlakových častiach sa odstránia mechanickým trením → odstránenie prachu → ultrazvukové čistenie → vysokoteplotné čistenie. Táto metóda má mnoho mechanických procesov a je ľahké spôsobiť mechanické poškodenie povlaku.

Vzhľadom na mnoho problémov, ktorým čeliaNáter SICv epitaxiálnom zariadení SiC v kombinácii s vynikajúcim výkonom povlaku TaC v zariadení na rast kryštálov SiC, ktorý nahrádza povlak SiC vEpitaxiálnyzariadenia s povlakom TaC postupne vstúpili do vízie výrobcov zariadení a používateľov zariadení. Na jednej strane má TaC bod topenia až 3880 ℃ a je odolný voči chemickej korózii, ako je NH3, H2, Si a výpary HCl pri vysokých teplotách, a má extrémne silnú odolnosť voči vysokým teplotám a odolnosť proti korózii. Na druhej strane, rýchlosť rastu SiC na povlaku TaC je oveľa pomalšia ako rýchlosť rastu SiC na povlaku SiC, čo môže zmierniť problémy s veľkým množstvom padajúcich častíc a krátkym cyklom údržby zariadenia a nadbytočnými sedimentmi, ako je SiC nemôže tvoriť silné chemicko-metalurgické rozhranie sTaC povlaka prebytočné sedimenty sa dajú ľahšie odstrániť ako sic homogénne pestovaný na povlaku SIC.