Hvorfor svigter SiC-belagt grafitsusceptor? - VeTek Semiconductor

Analyse af fejlfaktorer af SiC-belagt grafitsusceptor

Sædvanligvis udsættes epitaksielle SiC-belagte grafitsusceptorer ofte for ekstern ipåvirkning under brug, som kan komme fra håndteringsprocessen, lastning og losning eller utilsigtet menneskelig kollision. Men den vigtigste påvirkningsfaktor kommer stadig fra kollisionen af ​​wafers. Både safir- og SiC-substrater er meget hårde. Slagproblemet er især almindeligt i højhastigheds MOCVD-udstyr, og hastigheden på dens epitaksiale disk kan nå op til 1000 rpm. Under opstart, nedlukning og drift af maskinen, på grund af virkningen af ​​inerti, bliver det hårde substrat ofte slynget og rammer sidevæggen eller kanten af ​​den epitaksiale skivegrav, hvilket forårsager skade på SiC-belægningen. Især for den nye generation af stort MOCVD-udstyr er den ydre diameter af dens epitaksiale skive større end 700 mm, og den stærke centrifugalkraft gør substratets slagkraft større og den destruktive kraft stærkere.

NH3 producerer en stor mængde atomisk H efter pyrolyse af høj temperatur, og Atomic H har en stærk reaktivitet over for carbon i grafitfasen. Når det kommer i kontakt med det eksponerede grafitsubstrat ved revnen, vil det ætses stærkt grafitten, reagerer for at generere gasformige kulbrinter (NH3+C → HCN+H2) og danner borehuller i grafitsubstratet, hvilket resulterer i en typisk borehulstruktur inklusive en hule område og et porøst grafitområde. I hver epitaksialproces frigiver borehullerne kontinuerligt en stor mængde carbonhydridgas fra revnerne, blandes i processen atmosfære, påvirker kvaliteten af ​​de epitaksiale skiver, der dyrkes af hver epitaksy, og til sidst får grafitdisken til at skrotes tidligt.

Generelt er den gas, der bruges i bagepladen, en lille mængde H2 plus N2. H2 bruges til at reagere med aflejringer på overfladen af ​​disken, såsom ALN og Algan, og N2 bruges til at rense reaktionsprodukterne. Imidlertid er aflejringer såsom høje Al -komponenter vanskelige at fjernes, selv ved H2/1300 ℃. For almindelige LED -produkter kan en lille mængde H2 bruges til at rengøre bagepladen; For produkter med højere krav, såsom GAN -strømenheder og RF -chips, bruges CL2 -gas imidlertid ofte til at rense bagepladen, men omkostningerne er, at bakkelivet reduceres i høj grad sammenlignet med den, der bruges til LED. Fordi CL2 kan korrodere SIC -belægning ved høj temperatur (CL2+SIC → SICL4+C) og danne mange korrosionshuller og resterende frit kulstof på overfladen, korroderer CL2 først korngrænserne for SIC -belægning og korroderer derefter kornene, hvilket resulterer i Et fald i belægningsstyrke, indtil revner og fiasko.

Sic epitaksial gas og sic coating fiasko

SIC -epitaksial gas inkluderer hovedsageligt H2 (som bærergas), SiH4 eller SICL4 (leverer SI -kilde), C3H8 eller CCL4 (leverer C -kilde), N2 (leverer N -kilde, til doping), TMA (Trimethylaluminum, tilvejebragt Al Source, til doping ), HCl+H2 (ætsning i situ). SIC EPITAXIAL Core Chemical Reaction: SiH4+C3H8 → SIC+biprodukt (ca. 1650 ℃). SIC -underlag skal være vådrenset inden SIC -epitaksi. Våd rengøring kan forbedre overfladen af ​​underlaget efter mekanisk behandling og fjerne overskydende urenheder gennem multiple oxidation og reduktion. Derefter kan brug af HCl+H2 forbedre in-situ-ætsningseffekten, effektivt hæmme dannelsen af ​​Si-klynger, forbedre udnyttelseseffektiviteten af ​​SI-kilde og ætsning af den enkelte krystaloverflade hurtigere og bedre, danne et klart overfladevæksttrin, fremskynde væksten hastighed og effektivt reduktion af SIC -epitaksiale lagfejl. Mens HCl+H2 ætser SIC-substratet in-situ, vil det imidlertid også forårsage en lille mængde korrosion til SIC-belægningen på delene (SIC+H2 → SIH4+C). Da SIC -aflejringerne fortsætter med at stige med den epitaksiale ovn, har denne korrosion ringe virkning.

SIC er et typisk polykrystallinsk materiale. De mest almindelige krystalstrukturer er 3C-SIC, 4H-SIC og 6H-SIC, blandt hvilke 4H-SIC er krystalmaterialet, der bruges af mainstream-enheder. En af de vigtigste faktorer, der påvirker krystalformen, er reaktionstemperaturen. Hvis temperaturen er lavere end en bestemt temperatur, genereres andre krystalformer let. Reaktionstemperaturen på 4H-SIC-epitaxy, der er vidt anvendt i branchen, er 1550 ~ 1650 ℃. Hvis temperaturen er lavere end 1550 ℃, genereres andre krystalformer såsom 3C-SIC let. Imidlertid er 3C-SIC en krystalform, der ofte bruges i SIC-overtræk. Reaktionstemperaturen på ca. 1600 ℃ har nået grænsen på 3C-SIC. Derfor er SIC -overtrækets levetid hovedsageligt begrænset af reaktionstemperaturen for SIC -epitaxy.

Da vækstraten for SIC -aflejringer på SIC -overtræk er meget hurtig, skal den vandrette varme væg sic -epitaksiale udstyr lukkes, og SIC -belægningsdele indeni skal tages ud efter kontinuerlig produktion i en periode. De overskydende aflejringer, såsom SIC på SIC -belægningsdele, fjernes ved mekanisk friktion → støvfjernelse → ultralydsrengøring → oprensning af høj temperatur. Denne metode har mange mekaniske processer og er let at forårsage mekanisk skade på belægningen.

I betragtning af de mange problemer, somSiC belægningi SiC-epitaksialt udstyr, kombineret med den fremragende ydeevne af TaC-belægning i SiC-krystalvækstudstyr, der erstatter SiC-belægning iSic epitaxialUdstyr med TAC -belægning er gradvist kommet ind i visionen for udstyr til udstyrsproducenter og udstyr. På den ene side har TAC et smeltepunkt på op til 3880 ℃ og er resistent over for kemisk korrosion, såsom NH3, H2, Si og HCI -damp ved høje temperaturer, og har ekstremt stærk høj temperaturresistens og korrosionsmodstand. På den anden side er vækstraten for SIC på TAC -belægning meget langsommere end vækstraten for SIC på SIC -belægning, som kan lindre problemerne med en stor mængde partikelfaldende og vedligeholdelsescyklus for kort udstyr og overskydende sedimenter såsom SIC kan ikke danne en stærk kemisk metallurgisk grænseflade medTaC belægning, og de overskydende sedimenter er lettere at fjerne end SiC, der er homogent dyrket på SiC-belægning.