De ce susceptorul de grafit acoperit cu SiC eșuează? - VeTek Semiconductor

Analiza factorilor de eșec ai susceptorului de grafit acoperit cu SiC

De obicei, susceptorii de grafit acoperite cu epitaxial SIC sunt adesea supuși i externeMPACT în timpul utilizării, care poate proveni din procesul de manipulare, încărcarea și descărcarea sau coliziunea umană accidentală. Dar principalul factor de impact provine încă din coliziunea wafers. Atât substraturile Sapphire, cât și SIC sunt foarte grele. Problema de impact este frecventă în special în echipamentele MOCVD de mare viteză, iar viteza discului său epitaxial poate ajunge până la 1000 rpm. În timpul pornirii, oprirea și funcționarea mașinii, din cauza efectului inerției, substratul dur este adesea aruncat și lovește peretele lateral sau marginea gropii discului epitaxial, provocând deteriorarea acoperirii SIC. Mai ales pentru noua generație de echipamente MOCVD mari, diametrul exterior al discului său epitaxial este mai mare de 700 mm, iar forța centrifugă puternică face ca forța de impact a substratului să fie mai mare și puterea distructivă mai puternică.

NH3 produce o cantitate mare de H atomică după piroliză la temperatură ridicată, iar atomic H are o reactivitate puternică la carbon în faza de grafit. Când contactează substratul de grafit expus la fisură, acesta va etecta puternic grafitul, va reacționa pentru a genera hidrocarburi gazoase (NH3+C → HCN+H2) și va forma forajuri în substratul de grafit, rezultând o structură tipică de foraj, incluzând o scobită în substrat zonă și o zonă de grafit poros. În fiecare proces epitaxial, forajele vor elibera continuu o cantitate mare de gaz hidrocarburi de la fisuri, se vor amesteca în atmosfera procesului, va va afecta calitatea napolitanelor epitaxiale cultivate de fiecare epitaxie și, în sfârșit, va determina discul de grafit să fie eliminat din timp.

În general, gazul utilizat în tava de copt este o cantitate mică de H2 plus N2. H2 este utilizat pentru a reacționa cu depozite de pe suprafața discului, cum ar fi ALN și Algan, iar N2 este utilizat pentru a curăța produsele de reacție. Cu toate acestea, depozitele, cum ar fi componentele AL ridicate, sunt dificil de îndepărtat chiar și la H2/1300 ℃. Pentru produsele LED obișnuite, o cantitate mică de H2 poate fi utilizată pentru curățarea tavii de copt; Cu toate acestea, pentru produsele cu cerințe mai mari, cum ar fi dispozitivele electrice GAN și jetoanele RF, gazul CL2 este adesea utilizat pentru a curăța tava de copt, dar costul este că durata de viață a tăvii este mult redusă în comparație cu cea utilizată pentru LED. Deoarece CL2 poate coroda acoperirea SIC la temperatură ridicată (Cl2+sic → sicl4+c) și să formeze multe găuri de coroziune și carbon liber rezidual la suprafață, CL2 corodează mai întâi limitele de grâu ale acoperirii SIC, apoi corodează boabele, rezultând în timp o scădere a rezistenței la acoperire până la fisură și eșec.

Gaz epitaxial SiC și defecțiune a acoperirii SiC

Gazul epitaxial SIC include în principal H2 (ca gaz purtător), SIH4 sau SICL4 (oferind sursa SI), C3H8 sau CCL4 (asigurând sursa C), N2 (furnizarea de sursă N, pentru dopaj), TMA (trimetilaluminum, care oferă sursă AL, pentru dopare ), Hcl+h2 (gravură in situ). Reacția chimică a miezului epitaxial SIC: SIH4+C3H8 → SIC+produs secundar (aproximativ 1650 ℃). Substraturile SIC trebuie curățate umed înainte de epitaxia sic. Curățarea umedă poate îmbunătăți suprafața substratului după tratamentul mecanic și poate elimina excesul de impurități prin oxidare și reducere multiplă. Apoi, utilizarea HCl+H2 poate îmbunătăți efectul de gravură in situ, inhibă eficient formarea de clustere Si, îmbunătățește eficiența de utilizare a sursei de Si și etează mai repede și mai bine suprafața cu un singur cristal, formând o etapă clară de creștere a suprafeței, accelerând creșterea creșterii rata și reducerea eficientă a defectelor stratului epitaxial SiC. Cu toate acestea, în timp ce HCl+H2 eteră substratul SIC in situ, acesta va provoca, de asemenea, o cantitate mică de coroziune la acoperirea SIC pe părți (SIC+H2 → SIH4+C). Deoarece depozitele SIC continuă să crească odată cu cuptorul epitaxial, această coroziune are un efect redus.

SIC este un material tipic policristalin. Cele mai frecvente structuri de cristal sunt 3C-SIC, 4H-SIC și 6H-SIC, printre care 4H-SIC este materialul de cristal utilizat de dispozitivele mainstream. Unul dintre factorii majori care afectează forma cristalului este temperatura de reacție. Dacă temperatura este mai mică decât o anumită temperatură, alte forme de cristal vor fi generate cu ușurință. Temperatura de reacție a epitaxiei 4H-SIC utilizate pe scară largă în industrie este de 1550 ~ 1650 ℃. Dacă temperatura este mai mică de 1550 ℃, se vor genera cu ușurință alte forme de cristal, cum ar fi 3C-SIC. Cu toate acestea, 3C-SIC este o formă de cristal utilizată frecvent în acoperirile SIC. Temperatura de reacție de aproximativ 1600 ℃ a atins limita de 3C-SIC. Prin urmare, viața acoperirilor SIC este limitată în principal de temperatura de reacție a epitaxiei SiC.

Deoarece rata de creștere a depozitelor de SiC pe acoperirile de SiC este foarte rapidă, echipamentul epitaxial de SiC orizontal cu perete fierbinte trebuie oprit, iar piesele de acoperire SiC din interior trebuie scoase după producție continuă pentru o perioadă de timp. Depunerile în exces, cum ar fi SiC pe piesele de acoperire cu SiC, sunt îndepărtate prin frecare mecanică → îndepărtarea prafului → curățare cu ultrasunete → purificare la temperatură ridicată. Această metodă are multe procese mecanice și este ușor de cauzat deteriorări mecanice acoperirii.

Având în vedere numeroasele probleme cu care se confruntăAcoperire sicîn echipament epitaxial SiC, combinat cu performanța excelentă a acoperirii cu TaC în echipamentele de creștere a cristalelor SiC, înlocuind acoperirea SiC înSiC epitaxialEchipamentele cu acoperire TAC au intrat treptat în viziunea producătorilor de echipamente și a utilizatorilor de echipamente. Pe de o parte, TAC are un punct de topire de până la 3880 ℃ și este rezistent la coroziunea chimică, cum ar fi vaporii NH3, H2, SI și HCl la temperaturi ridicate și are o rezistență la temperatură ridicată și o rezistență la coroziune extrem de puternică. Pe de altă parte, rata de creștere a SIC la acoperirea TAC este mult mai lentă decât rata de creștere a SIC la acoperirea SIC, ceea ce poate atenua problemele cu o cantitate mare de cădere a particulelor și ciclul de întreținere a echipamentelor scurte și excesul de sedimente, cum ar fi SIC nu poate forma o interfață metalurgică chimică puternică cuAcoperire TAC, iar sedimentele în exces sunt mai ușor de îndepărtat decât SiC crescut omogen pe acoperirea cu SiC.