Proč grafitový susceptor potažený SiC selže? - VeTek Semiconductor

Analýza faktorů selhání sic potahovaného grafitového susceptoru

Obvykle jsou epitaxiální sic potažené grafitové susceptory často vystaveny vnějšímu IMPACT během používání, který může pocházet z procesu manipulace, načítání a vykládání nebo náhodné kolize člověka. Hlavním faktorem dopadu však stále pochází ze srážky oplatků. Substráty Sapphire i SIC jsou velmi tvrdé. Problém dopadu je zvláště běžný u vysokorychlostního zařízení MOCVD a rychlost jeho epitaxiálního disku může dosáhnout až 1000 ot / min. Během spuštění, vypnutí a provozu stroje, kvůli účinku setrvačnosti, je tvrdý substrát často hozen a zasáhne boční stěnu nebo okraj epitaxiální diskové jámy, což způsobuje poškození sic povlaku. Zejména pro novou generaci velkého zařízení MOCVD je vnější průměr jeho epitaxiálního disku větší než 700 mm a silná odstředivá síla zvyšuje nárazovou sílu substrátu a destruktivní síly silnější.

NH3 produkuje velké množství atomové H po vysokoteplotní pyrolýze a atomová H má silnou reaktivitu na uhlík v grafitové fázi. Když kontaktuje exponovaný grafitový substrát na trhlině, bude silně leptat grafit, reagovat na generování plynných uhlovodíků (NH3+C → HCN+H2) a tvořit vrt v grafitovém substrátu, což má za následek typickou vrtu, včetně dutiny oblast a porézní grafitová oblast. V každém epitaxiálním procesu vrty nepřetržitě uvolňují velké množství uhlovodíkových plynů z trhlin, promíchají do procesní atmosféry, ovlivňují kvalitu epitaxiálních oplatků pěstovaných každou epitaxií a nakonec způsobí, že se grafitový disk včas vyřadí.

Obecně řečeno, plyn použitý v pekáči je malé množství H2 plus N2. H2 se používá k reakci s usazeninami na povrchu disku, jako je AlN a AlGaN, a N2 se používá k čištění reakčních produktů. Usazeniny, jako jsou složky s vysokým obsahem Al, se však obtížně odstraňují i ​​při H2/1300℃. U běžných LED produktů lze k čištění plechu na pečení použít malé množství H2; u produktů s vyššími požadavky, jako jsou napájecí zařízení GaN a RF čipy, se však k čištění plechu na pečení často používá plyn Cl2, ale náklady jsou v tom, že životnost plechu je výrazně snížena ve srovnání s životností používanou u LED. Protože Cl2 může korodovat povlak SiC při vysoké teplotě (Cl2+SiC→SiCl4+C) a vytvářet na povrchu mnoho korozních děr a zbytkového volného uhlíku, Cl2 nejprve koroduje hranice zrn povlaku SiC a poté koroduje zrna, což má za následek snížení pevnosti povlaku až do prasknutí a porušení.

Selhání epitaxního plynu SiC a povlaku SiC

Epitaxní plyn SiC zahrnuje hlavně H2 (jako nosný plyn), SiH4 nebo SiCl4 (poskytující zdroj Si), C3H8 nebo CCl4 (poskytující zdroj C), N2 (poskytující zdroj N, pro doping), TMA (trimethylaluminium, poskytující zdroj Al, pro doping ), HCl+H2 (in-situ leptání). Chemická reakce epitaxního jádra SiC: SiH4+C3H8→SiC+vedlejší produkt (asi 1650 ℃). SiC substráty musí být před epitaxí SiC očištěny za mokra. Mokré čištění může zlepšit povrch substrátu po mechanickém ošetření a odstranit přebytečné nečistoty pomocí mnohonásobné oxidace a redukce. Potom použití HCl+H2 může zvýšit efekt leptání in-situ, účinně inhibovat tvorbu klastrů Si, zlepšit účinnost využití zdroje Si a leptat povrch monokrystalu rychleji a lépe, čímž se vytvoří krok růstu čistého povrchu, který urychlí růst. rychlost a účinně snižuje defekty epitaxní vrstvy SiC. Avšak zatímco HCl+H2 leptá SiC substrát in-situ, způsobí také malé množství koroze SiC povlaku na součástech (SiC+H2→SiH4+C). Vzhledem k tomu, že usazeniny SiC s epitaxní pecí stále narůstají, má tato koroze malý účinek.

SiC je typický polykrystalický materiál. Nejběžnější krystalové struktury jsou 3C-SiC, 4H-SiC a 6H-SiC, mezi nimiž je 4H-SiC krystalový materiál používaný běžnými zařízeními. Jedním z hlavních faktorů ovlivňujících krystalickou formu je reakční teplota. Pokud je teplota nižší než určitá teplota, snadno se vytvoří další krystalové formy. Reakční teplota 4H-SiC epitaxe široce používaná v průmyslu je 1550 ~ 1650 ℃. Pokud je teplota nižší než 1550 ℃, snadno se vytvoří jiné krystalické formy, jako je 3C-SiC. Nicméně 3C-SiC je krystalická forma běžně používaná v povlakech SiC. Reakční teplota asi 1600 ℃ dosáhla hranice 3C-SiC. Proto je životnost povlaků SiC omezena především reakční teplotou epitaxe SiC.

Vzhledem k tomu, že rychlost růstu usazenin SIC na povlacích SIC je velmi rychlá, je třeba horizontální epitaxiální zařízení pro horkou stěnu SIC zavřít a po nepřetržité výrobě je třeba vyjmout potahovací části SiC uvnitř. Přebytečné usazeniny, jako je SIC na částech povlaku SIC, jsou odstraněny mechanickým třením → odstranění prachu → ultrazvukové čištění → vysoká teplota. Tato metoda má mnoho mechanických procesů a snadno způsobuje mechanické poškození povlaku.

Vzhledem k mnoha problémům, kterým čelíSiC povlakv epitaxním zařízení SiC v kombinaci s vynikajícím výkonem povlaku TaC v zařízení pro růst krystalů SiC, které nahrazuje povlak SiC vSic epitaxiálníZařízení s povlakem TAC postupně vstoupilo do vize výrobců a uživatelů vybavení zařízení. Na jedné straně má TAC bod tání až 3880 ℃ a je odolný vůči chemické korozi, jako je NH3, H2, SI a HC1 pára při vysokých teplotách a má extrémně silnou odolnost proti vysoké teplotě a odolnost proti korozi. Na druhé straně je rychlost růstu SIC na povlaku TAC mnohem pomalejší než rychlost růstu SIC na SIC povlaku, což může zmírnit problémy s velkým množstvím klesajícího a krátkého cyklu údržby částic a přebytečných sedimentů, jako je SIC nemůže tvořit silné chemické metalurgické rozhraníTaC povlaka přebytečné sedimenty se snáze odstraňují než SiC homogenně pěstovaný na povlaku SiC.