Varför misslyckas SIC -belagda grafit Susceptor? - Vetek Semiconductor

Analys av felfaktorer för SIC -belagd grafit -susceptor

Vanligtvis utsätts ofta epitaxial SiC -belagda grafitkonceptorerMPACT under användning, som kan komma från hanteringsprocessen, lastning och lossning eller oavsiktlig mänsklig kollision. Men den huvudsakliga slagfaktorn kommer fortfarande från kollisionen av skivor. Både safir- och SIC -underlag är mycket svåra. Påverkningsproblemet är särskilt vanligt i höghastighets-MOCVD-utrustning, och hastigheten på dess epitaxiella skiva kan nå upp till 1000 varv / minut. Under uppstarten, avstängningen och driften av maskinen, på grund av effekten av tröghet, kastas det hårda underlaget ofta och träffar sidoväggen eller kanten på den epitaxiella skivgropen, vilket orsakar skador på SIC-beläggningen. Speciellt för den nya generationen stor MOCVD -utrustning är ytterdiametern på dess epitaxiella skiva större än 700 mm, och den starka centrifugalkraften gör slagkraften hos substratet större och den förstörande kraften starkare.

NH3 producerar en stor mängd atomärt H efter högtemperaturpyrolys, och atomärt H har en stark reaktivitet mot kol i grafitfasen. När det kommer i kontakt med det exponerade grafitsubstratet vid sprickan kommer det att etsa grafiten kraftigt, reagera för att generera gasformiga kolväten (NH3+C→HCN+H2) och bilda borrhål i grafitsubstratet, vilket resulterar i en typisk borrhålsstruktur inklusive en ihålig struktur. område och ett poröst grafitområde. I varje epitaxiell process kommer borrhålen kontinuerligt att frigöra en stor mängd kolvätegas från sprickorna, blandas in i processatmosfären, påverka kvaliteten på de epitaxiella wafers som odlas av varje epitaxi, och slutligen orsaka att grafitskivan skrotas tidigt.

Generellt sett är gasen som används i bakplattan en liten mängd H2 plus N2. H2 används för att reagera med avlagringar på ytan på skivan som ALN och ALGAN, och N2 används för att rensa reaktionsprodukterna. Emellertid är insättningar såsom höga Al -komponenter svåra att tas bort även vid H2/1300 ℃. För vanliga LED -produkter kan en liten mängd H2 användas för att rengöra bakplattan; För produkter med högre krav som GaN -kraftanordningar och RF -chips används emellertid CL2 -gas ofta för att rengöra bakplattan, men kostnaden är att bricklivet är kraftigt reducerat jämfört med det som används för LED. Eftersom CL2 kan korrodera SIC -beläggning vid hög temperatur (CL2+SiC → Sicl4+C) och bilda många korrosionshål och återstående fria kol på ytan, korroderar CL2 först korngränserna för SiC -beläggning och korroderar sedan kornen, vilket resulterar i En minskning av beläggningsstyrkan tills sprickor och misslyckande.

SiC epitaxiell gas och SiC-beläggningsfel

SiC -epitaxialgas inkluderar huvudsakligen H2 (som bärargas), SIH4 eller SICL4 (tillhandahåller Si -källa), C3H8 eller CCl4 (tillhandahåller C -källa), N2 (tillhandahåller N -källa, för doping), TMA (trimetylaluminium, som tillhandahåller Al -källa, för doping), ), HCl+H2 (in-situ etsning). Sic Epitaxial Core Chemical Reaction: SIH4+C3H8 → SIC+BYPRODUCT (cirka 1650 ℃). SIC -underlag måste rengöras före SIC -epitaxi. Våt rengöring kan förbättra ytan på underlaget efter mekanisk behandling och ta bort överskott av föroreningar genom multipel oxidation och reduktion. Sedan kan du använda HCl+H2 förbättra etsningseffekten på plats, effektivt hämmar bildningen av Si-kluster, förbättrar användningseffektiviteten för SI-källan och etsar den enskilda kristallytan snabbare och bättre och bildar ett tydligt ytväxtsteg, och accelererar tillväxtens tillväxt hastighet och effektivt reducera Sic -epitaxialskiktsdefekter. Medan HCl+H2 etsar SiC-substratet in-situ, kommer det emellertid också att orsaka en liten mängd korrosion till SiC-beläggningen på delarna (SiC+H2 → SIH4+C). Eftersom SIC -avlagringarna fortsätter att öka med den epitaxiella ugnen har denna korrosion liten effekt.

SIC är ett typiskt polykristallint material. De vanligaste kristallstrukturerna är 3C-SIC, 4H-SIC och 6H-SIC, bland vilka 4H-SIC är kristallmaterialet som används av mainstream-enheter. En av de viktigaste faktorerna som påverkar kristallformen är reaktionstemperaturen. Om temperaturen är lägre än en viss temperatur genereras andra kristallformer enkelt. Reaktionstemperaturen för 4H-SIC-epitaxi som används allmänt i branschen är 1550 ~ 1650 ℃. Om temperaturen är lägre än 1550 ℃ kommer andra kristallformer såsom 3C-SIC att genereras enkelt. Emellertid är 3C-SIC en kristallform som vanligtvis används i SIC-beläggningar. Reaktionstemperaturen på cirka 1600 ℃ har nått gränsen på 3C-SIC. Därför begränsas livslängden för SIC -beläggningar huvudsakligen av reaktionstemperaturen för SIC -epitaxi.

Eftersom tillväxthastigheten för SiC-avlagringar på SiC-beläggningar är mycket snabb, måste den horisontella hetväggiga SiC-epitaxialutrustningen stängas av och SiC-beläggningsdelarna inuti måste tas ut efter kontinuerlig produktion under en viss tid. Överskottsavlagringar såsom SiC på SiC-beläggningsdelarna avlägsnas genom mekanisk friktion → dammborttagning → ultraljudsrengöring → högtemperaturrening. Denna metod har många mekaniska processer och är lätt att orsaka mekanisk skada på beläggningen.

Med tanke på de många problem som står införSIC -beläggningi SiC-epitaxialutrustning, kombinerat med den utmärkta prestandan hos TaC-beläggning i SiC-kristalltillväxtutrustning, ersätter SiC-beläggning iSic epitaxialutrustning med TaC-beläggning har gradvis kommit in i visionen för utrustningstillverkare och utrustningsanvändare. Å ena sidan har TaC en smältpunkt på upp till 3880 ℃ och är resistent mot kemisk korrosion som NH3, H2, Si och HCl-ånga vid höga temperaturer, och har extremt stark högtemperaturbeständighet och korrosionsbeständighet. Å andra sidan är tillväxthastigheten för SiC på TaC-beläggning mycket långsammare än tillväxthastigheten för SiC på SiC-beläggning, vilket kan lindra problemen med stora mängder partikelfall och kort utrustningsunderhållscykel, och överskott av sediment som SiC kan inte bilda ett starkt kemiskt metallurgiskt gränssnitt medTaC-beläggningoch överskottssedimenten är lättare att avlägsna än SiC homogent odlad på SiC-beläggning.