Dlaczego susceptor grafitowy pokryty SiC zawodzi? - Półprzewodnik VeTek

Analiza czynników niepowodzenia powlekanego SIC podatnika grafitu

Zwykle podatniki grafitowe pokryte epitaksjatem SIC są często poddawane zewnętrznemu iMPACT podczas użytkowania, który może wynikać z procesu obsługi, ładowania i rozładunku lub przypadkowej kolizji ludzkiej. Ale główny współczynnik wpływu wciąż pochodzi z kolizji waflów. Zarówno podłoża Sapphire, jak i SIC są bardzo trudne. Problem wpływu jest szczególnie powszechny w szybkim sprzęcie MOCVD, a prędkość jego dysku epitaksjalnego może osiągnąć do 1000 obr./min. Podczas uruchamiania, wyłączeniem i eksploatacją maszyny, ze względu na efekt bezwładności, twardy podłoże jest często wyrzucany i uderza w ścianę boczną lub krawędź do wykopu dysku epitaksjalnego, powodując uszkodzenie powłoki SIC. Zwłaszcza w przypadku nowej generacji dużego sprzętu MOCVD, zewnętrzna średnica jego dysku epitaksjalnego jest większa niż 700 mm, a silna siła odśrodkowa sprawia, że ​​siła uderzenia podłoża jest większa i silniejsza moc niszcząca.

NH3 wytwarza dużą ilość atomowego H po pirolizy w wysokiej temperaturze, a atomowa H ma silną reaktywność na węgiel w fazie grafitowej. Kiedy kontaktuje się z odsłoniętym substratem grafitowym na pęknięciu, mocno wytrawia grafit, reaguje, aby wygenerować węglowodory gazowe (NH3+C → HCN+H2) i tworzy otwory w podłożu grafitowym, co powoduje typową strukturę odwiertu, w tym pustą obszar i porowaty obszar grafitu. W każdym procesie epitaksjalnym odwierty stale uwalniają dużą ilość gazu węglowodorowego z pęknięć, wymieszają w atmosferze procesu, wpływają na jakość waflów epitaksjalnych uprawianych przez każdą epitaksję, a na koniec powodują wczesne złomowanie dysku grafitowego.

Ogólnie rzecz biorąc, gaz stosowany w blasze do pieczenia to niewielka ilość H2 plus N2. H2 służy do reakcji ze osadami na powierzchni dysku, takimi jak ALN i Algan, a N2 służy do oczyszczania produktów reakcyjnych. Jednak złoża, takie jak komponenty wysokie AL, trudno jest usunąć nawet przy H2/1300 ℃. W przypadku zwykłych produktów LED można użyć niewielkiej ilości H2 do czyszczenia tacki do pieczenia; Jednak w przypadku produktów o wyższych wymaganiach, takich jak urządzenia GAN Power i układy RF, gaz CL2 jest często używany do czyszczenia tacki do pieczenia, ale koszt polega na tym, że żywotność tacy jest znacznie zmniejszona w porównaniu do tej używanej dla LED. Ponieważ Cl2 może korodować powłokę SIC w wysokiej temperaturze (CL2+SIC → SICL4+C) i tworzyć wiele otworów korozji i resztkowego wolnego węgla na powierzchni, Cl2 najpierw koroduje granice ziarna powłoki SIC, a następnie koroduje ziarna, w wyniku czego skutkiem jest zmniejszenie siły powłoki do pękania i awarii.

Awaria gazu epitaksjalnego SiC i powłoki SiC

Gaz epitaksjalny SiC obejmuje głównie H2 (jako gaz nośny), SiH4 lub SiCl4 (dostarczający źródło Si), C3H8 lub CCl4 (dostarczający źródło C), N2 (dostarczający źródło N, do domieszkowania), TMA (trimetyloglin, dostarczający źródło Al, do domieszkowania ), HCl+H2 (trawienie in-situ). Reakcja chemiczna rdzenia epitaksjalnego SiC: SiH4+C3H8 →SiC+produkt uboczny (około 1650℃). Podłoża SiC należy oczyścić na mokro przed epitaksją SiC. Czyszczenie na mokro może poprawić powierzchnię podłoża po obróbce mechanicznej i usunąć nadmiar zanieczyszczeń poprzez wielokrotne utlenianie i redukcję. Następnie użycie HCl + H2 może wzmocnić efekt trawienia in situ, skutecznie hamować tworzenie się klastrów Si, poprawiać efektywność wykorzystania źródła Si i szybciej i lepiej trawić powierzchnię monokryształu, tworząc wyraźny etap wzrostu powierzchni, przyspieszając wzrost szybkości i skutecznie redukując defekty warstwy epitaksjalnej SiC. Jednakże, chociaż HCl+H2 trawi podłoże SiC na miejscu, powoduje to również niewielką korozję powłoki SiC na częściach (SiC+H2 → SiH4+C). Ponieważ w piecu epitaksjalnym w dalszym ciągu zwiększa się ilość osadów SiC, korozja ta ma niewielki wpływ.

SIC jest typowym materiałem polikrystalicznym. Najczęstsze struktury krystaliczne to 3C-SIC, 4H-SIC i 6H-SIC, wśród których 4H-SIC jest materiał krystaliczny stosowany przez urządzenia głównego nurtu. Jednym z głównych czynników wpływających na postać kryształu jest temperatura reakcji. Jeśli temperatura jest niższa niż pewna temperatura, inne formy kryształu zostaną łatwo wygenerowane. Temperatura reakcji epitaxii 4H-SIC szeroko stosowana w branży wynosi 1550 ~ 1650 ℃. Jeśli temperatura jest niższa niż 1550 ℃, inne kryształy, takie jak 3C-SIC, zostaną łatwo wygenerowane. Jednak 3C-SIC jest postacią kryształową powszechnie stosowaną w powłokach SIC. Temperatura reakcji około 1600 ℃ osiągnęła granicę 3C-SIC. Dlatego żywotność powłok SIC jest głównie ograniczona przez temperaturę reakcji epitaxy SIC.

Ponieważ tempo wzrostu osadów SiC na powłokach SiC jest bardzo szybkie, po ciągłej produkcji przez pewien czas należy wyłączyć poziome urządzenia epitaksjalne SiC z gorącymi ścianami, a znajdujące się w nich części powłoki SiC należy wyjąć. Nadmiar osadów, takich jak SiC, na częściach z powłoką SiC jest usuwany poprzez tarcie mechaniczne → usuwanie pyłu → czyszczenie ultradźwiękowe → oczyszczanie w wysokiej temperaturze. Metoda ta charakteryzuje się wieloma procesami mechanicznymi i łatwo powoduje mechaniczne uszkodzenia powłoki.

W związku z wieloma problemami, z którymi boryka sięPowłoka SiCW sprzęcie epitaksjalnym SIC, w połączeniu z doskonałą wydajnością powlekania TAC w urządzeniu do wzrostu kryształów SIC, zastępując powłokę SIC wEpitaksjalny SiCSprzęt z powłoką TAC stopniowo wprowadzał wizję producentów sprzętu i użytkowników sprzętu. Z jednej strony TAC ma temperaturę topnienia do 3880 ℃ i jest odporny na korozję chemiczną, taką jak pary NH3, H2, SI i HCL w wysokich temperaturach, i ma wyjątkowo silną odporność na wysoką temperaturę i odporność na korozję. Z drugiej strony, tempo wzrostu SIC na powłokie TAC jest znacznie wolniejsze niż tempo wzrostu SIC na powłokach SIC, co może złagodzić problemy z dużą ilością spadku cząstek i cyklu utrzymania krótkiego sprzętu oraz nadmiaru osadów, takich jak SIC nie może tworzyć silnego chemicznego interfejsu metalurgicznego zPowłoka TAC, a nadmiar osadów są łatwiejsze do usunięcia niż SIC jednorodnie uprawiane na powładzie SIC.