Γιατί αποτυγχάνει ο επικαλυμμένος με SiC Graphite Susceptor; - VeTek Semiconductor

Ανάλυση των παραγόντων αστοχίας του επικαλυμμένου με SiC επιδεκτικό γραφίτη

Συνήθως, οι επιταξιακοί SIC επικαλυμμένα με γραφίτη Οι ευαίσθητοι υποβάλλονται σε εξωτερικό iαντίκτυπο κατά τη χρήση, το οποίο μπορεί να προέλθει από τη διαδικασία χειρισμού, τη φόρτωση και εκφόρτωση ή από τυχαία ανθρώπινη σύγκρουση. Αλλά ο κύριος παράγοντας αντίκτυπου εξακολουθεί να προέρχεται από τη σύγκρουση των γκοφρετών. Και τα δύο υποστρώματα ζαφείρι και SiC είναι πολύ σκληρά. Το πρόβλημα κρούσης είναι ιδιαίτερα συχνό σε εξοπλισμό υψηλής ταχύτητας MOCVD και η ταχύτητα του επιταξιακού δίσκου του μπορεί να φτάσει έως και τις 1000 σ.α.λ. Κατά την εκκίνηση, το σβήσιμο και τη λειτουργία του μηχανήματος, λόγω της επίδρασης της αδράνειας, το σκληρό υπόστρωμα συχνά εκτοξεύεται και προσκρούει στο πλευρικό τοίχωμα ή στην άκρη του λάκκου του επιταξιακού δίσκου, προκαλώντας ζημιά στην επίστρωση SiC. Ειδικά για τη νέα γενιά μεγάλου εξοπλισμού MOCVD, η εξωτερική διάμετρος του επιταξιακού δίσκου του είναι μεγαλύτερη από 700 mm και η ισχυρή φυγόκεντρος δύναμη κάνει τη δύναμη κρούσης του υποστρώματος μεγαλύτερη και την καταστροφική δύναμη ισχυρότερη.

Το NH3 παράγει μια μεγάλη ποσότητα ατομικού Η μετά από πυρόλυση υψηλής θερμοκρασίας και η ατομική Η έχει ισχυρή αντιδραστικότητα στον άνθρακα στη φάση γραφίτη. Όταν έρχεται σε επαφή με το εκτεθειμένο υπόστρωμα γραφίτη στη ρωγμή, θα χαράξει έντονα τον γραφίτη, θα αντιδράσει για να δημιουργήσει αέριους υδρογονάνθρακες (NH3+C → HCN+H2) και σχηματίζουν γεωτρήσεις στο υπόστρωμα γραφίτη, με αποτέλεσμα μια τυπική δομή γεώτρησης που περιλαμβάνει ένα κοίλο περιοχή και μια περιοχή πορώδους γραφίτη. Σε κάθε επιταξιακή διαδικασία, οι γεωτρήσεις θα απελευθερώνουν συνεχώς μια μεγάλη ποσότητα αερίου υδρογονανθράκων από τις ρωγμές, αναμειγνύονται στην ατμόσφαιρα της διαδικασίας, επηρεάζουν την ποιότητα των επιταξιακών πλακιδίων που καλλιεργούνται από κάθε επιταξία και τελικά θα προκαλέσουν τη διάλυση του δίσκου γραφίτη νωρίς.

Σε γενικές γραμμές, το αέριο που χρησιμοποιείται στο δίσκο ψησίματος είναι μια μικρή ποσότητα H2 Plus N2. Το H2 χρησιμοποιείται για να αντιδράσει με καταθέσεις στην επιφάνεια του δίσκου όπως το ALN και το Algan και το N2 χρησιμοποιείται για τον καθαρισμό των προϊόντων αντίδρασης. Ωστόσο, οι καταθέσεις όπως τα υψηλά συστατικά AL είναι δύσκολο να αφαιρεθούν ακόμη και στο H2/1300 ℃. Για τα συνηθισμένα προϊόντα LED, μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια μικρή ποσότητα H2 για τον καθαρισμό του δίσκου ψησίματος. Ωστόσο, για προϊόντα με υψηλότερες απαιτήσεις όπως συσκευές ενέργειας GAN και τσιπ RF, το αέριο CL2 χρησιμοποιείται συχνά για τον καθαρισμό του δίσκου ψησίματος, αλλά το κόστος είναι ότι η ζωή του δίσκου μειώνεται σημαντικά σε σύγκριση με εκείνη που χρησιμοποιείται για το LED. Επειδή το CL2 μπορεί να διαβρώσει την επίστρωση SIC σε υψηλή θερμοκρασία (CL2+SIC → SICL4+C) και να σχηματίζει πολλές οπές διάβρωσης και υπολειμματικό ελεύθερο άνθρακα στην επιφάνεια, το CL2 διαβάζει πρώτα τα όρια των κόκκων της επικάλυψης SIC και στη συνέχεια διαβρώνει τους κόκκους, με αποτέλεσμα Μείωση της αντοχής επικάλυψης μέχρι τη ρωγμή και την αποτυχία.

Επιταξιακό αέριο και αποτυχία επικάλυψης SIC

Το επιταξιακό αέριο SiC περιλαμβάνει κυρίως H2 (ως φέρον αέριο), SiH4 ή SiCl4 (που παρέχει πηγή Si), C3H8 ή CCl4 (παρέχει πηγή C), N2 (παρέχει πηγή Ν, για ντόπινγκ), TMA (τριμεθυλαλουμίνιο, παροχή πηγής Al, για ντόπινγκ ), HCl+H2 (in-situ χάραξη). SiC επιταξιακή χημική αντίδραση πυρήνα: SiH4+C3H8→SiC+υποπροϊόν (περίπου 1650℃). Τα υποστρώματα SiC πρέπει να καθαρίζονται υγρά πριν από την επίταση SiC. Ο υγρός καθαρισμός μπορεί να βελτιώσει την επιφάνεια του υποστρώματος μετά από μηχανική επεξεργασία και να απομακρύνει τις υπερβολικές ακαθαρσίες μέσω πολλαπλής οξείδωσης και αναγωγής. Στη συνέχεια, η χρήση HCl+H2 μπορεί να ενισχύσει το εφέ χάραξης in-situ, να αναστείλει αποτελεσματικά το σχηματισμό συστάδων Si, να βελτιώσει την αποτελεσματικότητα χρήσης της πηγής Si και να χαράξει την επιφάνεια ενός κρυστάλλου γρηγορότερα και καλύτερα, σχηματίζοντας ένα καθαρό βήμα ανάπτυξης επιφάνειας, επιταχύνοντας την ανάπτυξη ρυθμό και μειώνοντας αποτελεσματικά τα ελαττώματα της επιταξιακής στιβάδας SiC. Ωστόσο, ενώ το HCl+H2 χαράσσει το υπόστρωμα SiC επί τόπου, θα προκαλέσει επίσης μια μικρή διάβρωση στην επικάλυψη SiC των εξαρτημάτων (SiC+H2→SiH4+C). Δεδομένου ότι οι εναποθέσεις SiC συνεχίζουν να αυξάνονται με τον επιταξιακό κλίβανο, αυτή η διάβρωση έχει μικρή επίδραση.

Το SIC είναι ένα τυπικό πολυκρυσταλλικό υλικό. Οι πιο συνηθισμένες κρυσταλλικές δομές είναι 3C-SIC, 4H-SIC και 6H-SIC, μεταξύ των οποίων το 4H-SIC είναι το κρυσταλλικό υλικό που χρησιμοποιείται από τις mainstream συσκευές. Ένας από τους κύριους παράγοντες που επηρεάζουν την κρυσταλλική μορφή είναι η θερμοκρασία αντίδρασης. Εάν η θερμοκρασία είναι χαμηλότερη από μια ορισμένη θερμοκρασία, θα δημιουργηθούν εύκολα άλλες μορφές κρυστάλλων. Η θερμοκρασία αντίδρασης της επιταξίας 4H-SIC που χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανία είναι 1550 ~ 1650 ℃. Εάν η θερμοκρασία είναι χαμηλότερη από 1550 ℃, άλλες μορφές κρυστάλλων όπως το 3C-SIC θα δημιουργηθούν εύκολα. Ωστόσο, το 3C-SIC είναι μια κρυστάλλινη μορφή που χρησιμοποιείται συνήθως σε SIC επικαλύψεις. Η θερμοκρασία αντίδρασης περίπου 1600 ℃ έχει φτάσει στο όριο του 3C-SIC. Ως εκ τούτου, η ζωή των επιχρισμάτων SIC περιορίζεται κυρίως από τη θερμοκρασία αντίδρασης της επιταξίας SIC.

Δεδομένου ότι ο ρυθμός αύξησης των εναποθέσεων SiC στις επικαλύψεις SiC είναι πολύ γρήγορος, ο επιταξιακός εξοπλισμός SiC οριζόντιου θερμού τοίχου πρέπει να απενεργοποιηθεί και τα εξαρτήματα επίστρωσης SiC στο εσωτερικό πρέπει να αφαιρεθούν μετά από συνεχή παραγωγή για κάποιο χρονικό διάστημα. Οι πλεονάζουσες εναποθέσεις όπως το SiC στα εξαρτήματα επικάλυψης SiC απομακρύνονται με μηχανική τριβή → αφαίρεση σκόνης → καθαρισμό με υπερήχους → καθαρισμό υψηλής θερμοκρασίας. Αυτή η μέθοδος έχει πολλές μηχανικές διεργασίες και είναι εύκολο να προκαλέσει μηχανική βλάβη στην επίστρωση.

Ενόψει των πολλών προβλημάτων που αντιμετωπίζειΕπικάλυψη SiCστον επιταξιακό εξοπλισμό SiC, σε συνδυασμό με την εξαιρετική απόδοση της επίστρωσης TaC σε εξοπλισμό ανάπτυξης κρυστάλλων SiC, αντικαθιστώντας την επίστρωση SiC σεΕπιταξιακόςΟ εξοπλισμός με επικάλυψη TAC έχει εισαγάγει σταδιακά το όραμα των κατασκευαστών εξοπλισμού και των χρηστών εξοπλισμού. Από τη μία πλευρά, το TAC έχει σημείο τήξης έως και 3880 ℃ και είναι ανθεκτικό στη χημική διάβρωση όπως ο ατμός NH3, H2, SI και HCL σε υψηλές θερμοκρασίες και έχει εξαιρετικά ισχυρή αντοχή σε υψηλή θερμοκρασία και αντοχή στη διάβρωση. Από την άλλη πλευρά, ο ρυθμός ανάπτυξης του SIC στην επίστρωση TAC είναι πολύ πιο αργός από τον ρυθμό ανάπτυξης του SIC στην επικάλυψη SIC, η οποία μπορεί να μετριάσει τα προβλήματα μεγάλης ποσότητας πτώσης σωματιδίων και κύκλου συντήρησης μικρού εξοπλισμού και τα περίσσεια ιζήματα όπως το SIC δεν μπορεί να σχηματίσει μια ισχυρή χημική μεταλλουργική διεπαφή μεΕπίστρωση TACκαι η περίσσεια ιζημάτων απομακρύνεται ευκολότερα από το SiC που αναπτύσσεται ομοιογενώς σε επίστρωση SiC.