Kenapa SIC Coated Graphite Susceptor gagal? - Vetek Semiconductor

Analisis Faktor Kegagalan Susceptor Grafit Bersalut SiC

Biasanya, susceptor grafit bersalut epitaxial sic sering tertakluk kepada luaran iMPACT semasa penggunaan, yang mungkin datang dari proses pengendalian, pemunggahan dan pemunggahan, atau perlanggaran manusia yang tidak disengajakan. Tetapi faktor kesan utama masih berasal dari perlanggaran wafer. Kedua -dua substrat Sapphire dan SIC sangat sukar. Masalah kesannya adalah perkara biasa dalam peralatan MOCVD berkelajuan tinggi, dan kelajuan cakera epitaxialnya dapat mencapai sehingga 1000 rpm. Semasa permulaan, penutupan dan operasi mesin, disebabkan oleh kesan inersia, substrat keras sering dilemparkan dan memukul dinding sisi atau tepi lubang cakera epitaxial, menyebabkan kerosakan pada salutan SIC. Terutama untuk generasi baru peralatan MOCVD yang besar, diameter luar cakera epitaxialnya lebih besar daripada 700mm, dan daya sentrifugal yang kuat menjadikan daya impak substrat lebih besar dan kuasa merosakkan yang lebih kuat.

NH3 menghasilkan sejumlah besar atom H selepas pirolisis suhu tinggi, dan atom H mempunyai kereaktifan yang kuat terhadap karbon dalam fasa grafit. Apabila ia menyentuh substrat grafit yang terdedah pada retak, ia akan menjadi lebih besar grafit, bertindak balas untuk menghasilkan hidrokarbon gas (NH3+C → HCN+H2), dan membentuk lubang -lubang dalam substrat grafit, mengakibatkan struktur borhole tipikal termasuk Hollow kawasan dan kawasan grafit berliang. Dalam setiap proses epitaxial, lubang bor akan terus melepaskan sejumlah besar gas hidrokarbon dari keretakan, campurkan ke dalam suasana proses, mempengaruhi kualiti wafer epitaxial yang ditanam oleh setiap epitaxy, dan akhirnya menyebabkan cakera grafit dibatalkan lebih awal.

Secara umumnya, gas yang digunakan dalam dulang pembakar adalah sejumlah kecil H2 ditambah N2. H2 digunakan untuk bertindak balas dengan mendapan pada permukaan cakera seperti AlN dan AlGaN, dan N2 digunakan untuk membersihkan produk tindak balas. Walau bagaimanapun, mendapan seperti komponen Al yang tinggi sukar untuk dikeluarkan walaupun pada H2/1300 ℃. Untuk produk LED biasa, sejumlah kecil H2 boleh digunakan untuk membersihkan dulang pembakar; walau bagaimanapun, untuk produk yang mempunyai keperluan yang lebih tinggi seperti peranti kuasa GaN dan cip RF, gas Cl2 sering digunakan untuk membersihkan dulang pembakar, tetapi kosnya ialah hayat dulang dikurangkan dengan banyak berbanding dengan yang digunakan untuk LED. Kerana Cl2 boleh menghakis salutan SiC pada suhu tinggi (Cl2+SiC→SiCl4+C), dan membentuk banyak lubang kakisan dan sisa karbon bebas di permukaan, Cl2 mula-mula menghakis sempadan butiran salutan SiC, dan kemudian menghakis butiran, mengakibatkan penurunan kekuatan salutan sehingga retak dan kegagalan.

Gas epitaxial SiC dan kegagalan salutan SiC

Gas epitaxial SIC terutamanya termasuk H2 (sebagai gas pembawa), SIH4 atau SICL4 (menyediakan sumber SI), C3H8 atau CCL4 (menyediakan sumber C), N2 (menyediakan sumber N, untuk doping), TMA (trimethylaluminum, menyediakan sumber AL, untuk deping ), HCl+H2 (in-situ etching). SiC Epitaxial Core Reaksi Kimia: SIH4+C3H8 → SIC+Product (kira -kira 1650 ℃). Substrat sic mesti basah dibersihkan sebelum epitaxy sic. Pembersihan basah boleh meningkatkan permukaan substrat selepas rawatan mekanikal dan mengeluarkan kekotoran yang berlebihan melalui pelbagai pengoksidaan dan pengurangan. Kemudian menggunakan HCl+H2 dapat meningkatkan kesan etsa in-situ, dengan berkesan menghalang pembentukan kluster Si, meningkatkan kecekapan penggunaan sumber Si, dan etch permukaan kristal tunggal lebih cepat dan lebih baik, membentuk langkah pertumbuhan permukaan yang jelas, mempercepatkan pertumbuhan kadar, dan berkesan mengurangkan kecacatan lapisan epitaxial SIC. Walau bagaimanapun, sementara HCl+H2 mengetuk substrat SIC dalam situ, ia juga akan menyebabkan sedikit kakisan ke salutan SIC pada bahagian-bahagian (SIC+H2 → SIH4+C). Oleh kerana deposit SIC terus meningkat dengan relau epitaxial, kakisan ini tidak mempunyai kesan.

SIC adalah bahan polikristalin biasa. Struktur kristal yang paling biasa adalah 3C-SIC, 4H-SIC dan 6H-SIC, di antaranya 4H-SIC adalah bahan kristal yang digunakan oleh peranti arus perdana. Salah satu faktor utama yang mempengaruhi bentuk kristal ialah suhu tindak balas. Jika suhu lebih rendah daripada suhu tertentu, bentuk kristal lain akan dihasilkan dengan mudah. Suhu tindak balas epitaxy 4H-SIC yang digunakan secara meluas dalam industri adalah 1550 ~ 1650 ℃. Jika suhu lebih rendah daripada 1550 ℃, bentuk kristal lain seperti 3C-SIC akan dihasilkan dengan mudah. Walau bagaimanapun, 3C-SIC adalah bentuk kristal yang biasa digunakan dalam salutan SIC. Suhu tindak balas kira-kira 1600 ℃ telah mencapai had 3C-SIC. Oleh itu, kehidupan salutan SIC terutamanya terhad oleh suhu tindak balas epitaxy SIC.

Memandangkan kadar pertumbuhan mendapan SiC pada salutan SiC adalah sangat pantas, peralatan epitaxial SiC dinding panas mendatar perlu ditutup dan bahagian salutan SiC di dalamnya perlu dikeluarkan selepas pengeluaran berterusan untuk satu tempoh masa. Mendapan berlebihan seperti SiC pada bahagian salutan SiC dikeluarkan oleh geseran mekanikal → penyingkiran habuk → pembersihan ultrasonik → penulenan suhu tinggi. Kaedah ini mempunyai banyak proses mekanikal dan mudah menyebabkan kerosakan mekanikal pada salutan.

Memandangkan banyak masalah yang dihadapi olehSalutan SiCDalam peralatan epitaxial SIC, digabungkan dengan prestasi yang sangat baik salutan TAC dalam peralatan pertumbuhan kristal SIC, menggantikan salutan SIC diEpitaxial sicperalatan dengan salutan TaC telah beransur-ansur memasuki visi pengeluar peralatan dan pengguna peralatan. Di satu pihak, TaC mempunyai takat lebur sehingga 3880 ℃, dan tahan terhadap kakisan kimia seperti wap NH3, H2, Si, dan HCl pada suhu tinggi, dan mempunyai rintangan suhu tinggi yang sangat kuat dan rintangan kakisan. Sebaliknya, kadar pertumbuhan SiC pada salutan TaC jauh lebih perlahan daripada kadar pertumbuhan SiC pada salutan SiC, yang boleh mengurangkan masalah kejatuhan zarah yang banyak dan kitaran penyelenggaraan peralatan yang pendek, dan lebihan sedimen seperti SiC tidak boleh membentuk antara muka metalurgi kimia yang kuat denganSalutan TAC, dan sedimen yang berlebihan lebih mudah dikeluarkan daripada SIC secara homogen yang ditanam pada salutan SIC.