Miért hibásodik meg a SiC bevonatú grafit szuszceptor? - VeTek félvezető

SiC bevonatú grafit szuszceptor meghibásodási tényezőinek elemzése

Általában az epitaxiális SiC bevonatú grafit szuszceptorokat gyakran külső iütések használat közben, amelyek a kezelési folyamatból, be- és kirakodásból vagy véletlen emberi ütközésből származhatnak. De a fő hatástényező még mindig az ostyák ütközéséből származik. Mind a zafír, mind a SiC hordozó nagyon kemény. Az ütközési probléma különösen gyakori a nagy sebességű MOCVD berendezésekben, epitaxiális lemezének fordulatszáma elérheti az 1000 ford./perc sebességet is. A gép indítása, leállítása és üzemeltetése során a tehetetlenség hatására a kemény szubsztrátum gyakran feldobódik, és nekiütközik az epitaxiális lemezgödör oldalfalának vagy szélének, ami a SiC bevonat károsodását okozza. Különösen a nagy MOCVD-berendezések új generációja esetében az epitaxiális lemez külső átmérője meghaladja a 700 mm-t, és az erős centrifugális erő növeli a hordozó ütőerejét és erősebbé teszi a pusztító erejét.

Az NH3 nagy mennyiségű atomos hidrogént termel magas hőmérsékletű pirolízis után, és az atomos H erősen reagál a grafitfázisban lévő szénnel. Amikor a repedésnél érintkezik a szabaddá tett grafit szubsztrátummal, erősen maratja a grafitot, reakcióba lép gáz halmazállapotú szénhidrogének (NH3+C→HCN+H2) keletkezésével, és furatokat képez a grafit szubsztrátumban, ami egy tipikus furatszerkezetet eredményez, beleértve az üreges szerkezetet. terület és egy porózus grafit terület. Minden epitaxiális folyamatban a fúrólyukak folyamatosan nagy mennyiségű szénhidrogén gázt bocsátanak ki a repedésekből, keverednek a folyamat légkörébe, befolyásolják az egyes epitaxiális ostyák minőségét, és végül a grafitkorong korai selejtét okozzák.

Általánosságban elmondható, hogy a tepsiben használt gáz kis mennyiségű H2 plusz N2. A H2-t a korong felületén lévő lerakódásokkal, például AlN-nel és AlGaN-nel való reakcióra használják, az N2-t pedig a reakciótermékek tisztítására használják. Azonban az olyan lerakódásokat, mint a magas Al-komponensek, még H2/1300 ℃-on is nehéz eltávolítani. A hagyományos LED-es termékeknél kis mennyiségű H2 használható a tepsi tisztítására; azonban a magasabb követelményeket támasztó termékeknél, mint például a GaN tápegységek és az RF chipek, gyakran Cl2 gázt használnak a tepsi tisztítására, de ennek költsége az, hogy a tálcák élettartama jelentősen csökken a LED-ekhez képest. Mivel a Cl2 képes korrodálni a SiC bevonatot magas hőmérsékleten (Cl2+SiC→SiCl4+C), és sok korróziós lyukat és maradék szabad szenet képez a felületen, a Cl2 először korrodálja a SiC bevonat szemcsehatárait, majd korrodálja a szemcséket, ami a bevonat szilárdságának csökkenése repedésig és tönkremenetelig.

SiC epitaxiális gáz és SiC bevonat meghibásodása

A SiC epitaxiális gáz főleg a H2-t (vivőgázként), SiH4-et vagy SiCl4-et (Si-forrást biztosító), C3H8-at vagy CCl4-et (C-forrást biztosít), N2-t (N-forrást biztosít adalékoláshoz), TMA-t (trimetil-alumínium, Al-forrást biztosít adalékoláshoz) tartalmaz. ), HCl+H2 (in situ maratás). SiC epitaxiális mag kémiai reakció: SiH4+C3H8→SiC+melléktermék (kb. 1650℃). A SiC aljzatokat nedvesen meg kell tisztítani a SiC epitaxia előtt. A nedves tisztítás javíthatja az aljzat felületét a mechanikai kezelés után, és többszörös oxidációval és redukcióval eltávolíthatja a felesleges szennyeződéseket. Ezután a HCl+H2 használatával fokozható az in situ maratási hatás, hatékonyan gátolja a Si-klaszterek kialakulását, javítja a Si-forrás hasznosítási hatékonyságát, és gyorsabban és jobban maratja az egykristály felületét, tiszta felületi növekedési lépést képezve, felgyorsítva a növekedést. sebességét, és hatékonyan csökkenti a SiC epitaxiális réteg hibáit. Míg azonban a HCl+H2 in situ maratja a SiC szubsztrátumot, kismértékű korróziót is okoz az alkatrészek SiC bevonatán (SiC+H2→SiH4+C). Mivel a SiC-lerakódások az epitaxiális kemencében folyamatosan növekszenek, ennek a korróziónak csekély hatása van.

A SiC egy tipikus polikristályos anyag. A leggyakoribb kristályszerkezetek a 3C-SiC, 4H-SiC és 6H-SiC, amelyek közül a 4H-SiC a főbb eszközök által használt kristályanyag. A kristályformát befolyásoló egyik fő tényező a reakcióhőmérséklet. Ha a hőmérséklet alacsonyabb egy bizonyos hőmérsékletnél, könnyen más kristályformák keletkezhetnek. Az iparban széles körben használt 4H-SiC epitaxia reakcióhőmérséklete 1550-1650 ℃. Ha a hőmérséklet alacsonyabb, mint 1550 ℃, könnyen keletkezhetnek más kristályformák, mint például a 3C-SiC. A 3C-SiC azonban egy kristályforma, amelyet általában a SiC bevonatokban használnak. A körülbelül 1600 ℃-os reakcióhőmérséklet elérte a 3C-SiC határt. Ezért a SiC bevonatok élettartamát főként a SiC epitaxia reakcióhőmérséklete korlátozza.

Mivel a SiC bevonatokon a SiC lerakódások növekedési üteme nagyon gyors, a vízszintes melegfalú SiC epitaxiális berendezést le kell állítani, és a benne lévő SiC bevonat részeket egy ideig folyamatos gyártás után ki kell venni. A SiC bevonat részein a felesleges lerakódásokat, például a SiC-t mechanikus súrlódással → poreltávolítással → ultrahangos tisztítással → magas hőmérsékletű tisztítással távolítják el. Ez a módszer számos mechanikai folyamattal rendelkezik, és könnyen mechanikai sérülést okoz a bevonatban.

Tekintettel a sok problémáraSiC bevonatSiC epitaxiális berendezésben, kombinálva a SiC kristálynövesztő berendezésben a TaC bevonat kiváló teljesítményével, helyettesítve a SiC bevonatotSiC epitaxiálisA TaC bevonattal ellátott berendezések fokozatosan bekerültek a berendezésgyártók és -felhasználók víziójába. Egyrészt a TaC olvadáspontja akár 3880 ℃ is lehet, és ellenáll a kémiai korróziónak, mint például az NH3, H2, Si és HCl gőznek magas hőmérsékleten, valamint rendkívül erős magas hőmérséklet- és korrózióállósággal rendelkezik. Másrészt a SiC növekedési sebessége a TaC bevonaton sokkal lassabb, mint a SiC növekedési sebessége a SiC bevonaton, ami enyhítheti a nagy mennyiségű részecskeesés és a rövid berendezés karbantartási ciklus, valamint a felesleges üledék, például a SiC problémáit. nem képezhet erős kémiai kohászati ​​határfelületetTaC bevonat, és a felesleges üledékek könnyebben eltávolíthatók, mint a SiC bevonaton homogén módon növesztett SiC.