Hvorfor mislykkes SIC -belagte grafittmottar? - Vetek Semiconductor

Analyse av feilfaktorer for SIC -belagt grafittmottar

Vanligvis blir epitaksielle SiC-belagte grafittsusceptorer ofte utsatt for ekstern iMPACT under bruk, som kan komme fra håndteringsprosessen, lasting og lossing eller tilfeldig menneskelig kollisjon. Men den viktigste påvirkningsfaktoren kommer fremdeles fra kollisjonen av skiver. Både safir og SIC -underlag er veldig harde. Effektproblemet er spesielt vanlig ved høyhastighets MOCVD-utstyr, og hastigheten på dens epitaksiale disk kan nå opp til 1000 o / min. Under oppstarten, avstengningen og driften av maskinen, på grunn av effekten av treghet, blir det harde underlaget ofte kastet og treffer sideveggen eller kanten på den epitaksiale diskgropen, noe som forårsaker skade på SIC-belegget. Spesielt for den nye generasjonen av stort MOCVD -utstyr, er den ytre diameteren på dens epitaksiale disk større enn 700 mm, og den sterke sentrifugalkraften gjør påvirkningskraften til underlaget større og den destruktive kraften sterkere.

NH3 produserer en stor mengde atom H etter pyrolyse med høy temperatur, og atomisk H har en sterk reaktivitet mot karbon i grafittfasen. Når det kontakter det eksponerte grafittunderlaget ved sprekken, vil det sterkt etse grafitten, reagere for å generere gassformige hydrokarboner (NH3+C → HCN+H2), og danne borehull i grafittunderlaget, noe område og et porøst grafittområde. I hver epitaksiale prosess vil borehullene kontinuerlig frigjøre en stor mengde hydrokarbongass fra sprekkene, blande inn i prosessatmosfæren, påvirke kvaliteten på epitaksiale skiver som er dyrket av hver epitaxy, og til slutt føre til at grafittdisken blir skrotet tidlig.

Generelt sett er gassen som brukes i stekebrettet en liten mengde H2 pluss N2. H2 brukes til å reagere med avsetninger på overflaten av disken som ALN og Algan, og N2 brukes til å rense reaksjonsproduktene. Imidlertid er avsetninger som høye Al -komponenter vanskelig å fjernes selv ved H2/1300 ℃. For vanlige LED -produkter kan en liten mengde H2 brukes til å rengjøre bakebrettet; For produkter med høyere krav som GaN -strømenheter og RF -brikker, brukes imidlertid CL2 -gass ofte for å rengjøre stekebrettet, men kostnadene er at brettlivet er sterkt redusert sammenlignet med det som brukes til LED. Fordi CL2 kan korrodere SIC -belegg ved høy temperatur (Cl2+SiC → SiCl4+C), og danne mange korrosjonshull og gjenværende fritt karbon på overflaten, korroderer CL2 først korngrensene for SIC -belegg, og korroderer deretter kornene, noe som resulterer i En reduksjon i beleggstyrke til sprekker og svikt.

SiC epitaksial gass og SiC belegg svikt

SiC-epitaksialgass inkluderer hovedsakelig H2 (som bæregass), SiH4 eller SiCl4 (som gir Si-kilde), C3H8 eller CCl4 (tilveiebringer C-kilde), N2 (som gir N-kilde, for doping), TMA (trimetylaluminium, gir Al-kilde, for doping ), HCl+H2 (in-situ etsing). SiC epitaksial kjerne kjemisk reaksjon: SiH4+C3H8→SiC+biprodukt (ca. 1650 ℃). SiC-underlag må våtrenses før SiC-epitaksi. Våtrengjøring kan forbedre overflaten på underlaget etter mekanisk behandling og fjerne overflødige urenheter gjennom multippel oksidasjon og reduksjon. Deretter kan bruk av HCl+H2 forbedre in-situ etseeffekten, effektivt hemme dannelsen av Si-klynger, forbedre utnyttelseseffektiviteten til Si-kilden, og etse enkeltkrystalloverflaten raskere og bedre, danne et klart overflateveksttrinn, og akselerere veksten hastighet, og effektivt redusere SiC epitaksiale lagdefekter. Men mens HCl+H2 etser SiC-substratet in situ, vil det også forårsake en liten mengde korrosjon på SiC-belegget på delene (SiC+H2→SiH4+C). Siden SiC-avsetningene fortsetter å øke med epitaksialovnen, har denne korrosjonen liten effekt.

SIC er et typisk polykrystallinsk materiale. De vanligste krystallstrukturene er 3C-SIC, 4H-SIC og 6H-SIC, hvorav 4H-SIC er krystallmaterialet som brukes av mainstream-enheter. En av de viktigste faktorene som påvirker krystallformen er reaksjonstemperaturen. Hvis temperaturen er lavere enn en viss temperatur, vil andre krystallformer lett bli generert. Reaksjonstemperaturen på 4H-SiC epitaxy mye brukt i bransjen er 1550 ~ 1650 ℃. Hvis temperaturen er lavere enn 1550 ℃, vil andre krystallformer som 3C-SIC lett bli generert. Imidlertid er 3C-SIC en krystallform som ofte brukes i SIC-belegg. Reaksjonstemperaturen på ca. 1600 ℃ har nådd grensen til 3C-SIC. Derfor er levetiden til SIC -belegg hovedsakelig begrenset av reaksjonstemperaturen til SIC -epitaksi.

Siden vekstraten for SIC -avsetninger på SIC -belegg er veldig rask, må det horisontale varme veggens SIC -epitaksiale utstyr stenges og SIC -beleggdelene inni må tas ut etter kontinuerlig produksjon i en periode. Overskuddsforekomstene som SIC på SIC -beleggdelene fjernes ved mekanisk friksjon → Støvfjerning → Ultralydrensing → Høy temperaturrensing. Denne metoden har mange mekaniske prosesser og er enkel å forårsake mekanisk skade på belegget.

Med tanke på de mange problemene som står overforSic beleggi SiC-epitaksialt utstyr, kombinert med den utmerkede ytelsen til TaC-belegg i SiC-krystallvekstutstyr, erstatter SiC-belegg iSiC epitaksialUtstyr med TAC -belegg har gradvis gått inn i visjonen til utstyrsprodusenter og utstyrsbrukere. På den ene siden har TAC et smeltepunkt på opptil 3880 ℃, og er motstandsdyktig mot kjemisk korrosjon som NH3, H2, Si og HCl -damp ved høye temperaturer, og har ekstremt sterk høy temperaturmotstand og korrosjonsmotstand. På den annen side er veksthastigheten til SIC på TAC -belegg mye saktere enn veksthastigheten til SIC på SIC -belegg, noe som kan lindre problemene med stor mengde partikkel som faller og kort utstyr vedlikeholdssyklus, og overflødig sedimenter som SIC kan ikke danne et sterkt kjemisk metallurgisk grensesnitt medTaC belegg, og overflødige sedimenter er lettere å fjerne enn sic homogent dyrket på SIC -belegg.