Miért nem sikerül a SIC bevonatú grafit -susceptor? - Vetek félvezető

A SIC bevonattal ellátott grafit -susceptor hibás tényezőinek elemzése

Általában az epitaxiális SIC bevonatú grafit -érzékenyeket gyakran külső I -nek vetik aláMPACT használat közben, amely a kezelési folyamatból származhat, a be- és kirakodást, vagy a véletlenszerű emberi ütközést. De a fő hatásfaktor továbbra is az ostyák ütközéséből származik. Mind a zafír, mind a SIC szubsztrátok nagyon nehézek. Az ütközési probléma különösen gyakori a nagysebességű MOCVD berendezésekben, és az epitaxiális lemez sebessége akár 1000 fordulat / perc sebességet is elérhet. A gép indítása, leállítása és üzemeltetése során a tehetetlenség hatása miatt a kemény szubsztrátot gyakran dobják, és eltalálják az epitaxiális lemez gödör oldalfalát vagy szélét, károsodva a SIC bevonatot. Különösen a nagy moCVD berendezések új generációja esetén az epitaxiális lemez külső átmérője nagyobb, mint 700 mm, és az erős centrifugális erő nagyobbá teszi a szubsztrát ütési erejét, és a pusztító erő erősebbé teszi.

Az NH3 nagy mennyiségű atomos hidrogént termel magas hőmérsékletű pirolízis után, és az atomos H erősen reagál a grafitfázisban lévő szénnel. Amikor a repedésnél érintkezik a szabaddá tett grafit szubsztrátummal, erősen maratja a grafitot, reakcióba lép gáz halmazállapotú szénhidrogének (NH3+C→HCN+H2) keletkezésével, és furatokat képez a grafit szubsztrátumban, ami egy tipikus furatszerkezetet eredményez, beleértve az üreges szerkezetet. terület és egy porózus grafit terület. Minden epitaxiális folyamatban a fúrólyukak folyamatosan nagy mennyiségű szénhidrogén gázt bocsátanak ki a repedésekből, keverednek a folyamat légkörébe, befolyásolják az egyes epitaxiális ostyák minőségét, és végül a grafitkorong korai selejtét okozzák.

Általánosságban elmondható, hogy a sütőtálcában használt gáz kis mennyiségű H2 plusz N2. A H2 -t arra használják, hogy reagáljanak a lemez felületén lévő lerakódásokkal, mint például az Aln és az Algan, és az N2 -t a reakciótermékek tisztítására használják. Azonban a betéteket, mint például a magas AL alkatrészeket, még a H2/1300 ℃ -nél is nehéz eltávolítani. A szokásos LED -es termékek esetében kis mennyiségű H2 használható a sütőtálca tisztításához; A magasabb követelményekkel rendelkező termékeknél, mint például a GaN Power eszközök és az RF chipek, a CL2 -gázt gyakran használják a sütőtálca tisztításához, de a költség az, hogy a tálca élettartama jelentősen csökken a LED -hez használthoz képest. Mivel a CL2 magas hőmérsékleten képes korrodálni a SIC bevonatot (Cl2+sic → SICL4+C), és számos korróziós lyukat és maradék szabad szén képződik a felületen, a CL2 először korrodálja a SIC bevonat gabonaköreit, majd korrodálja a szemcséket, eredményezve A bevonási szilárdság csökkenése a repedésig és a kudarcig.

SiC epitaxiális gáz és SiC bevonat meghibásodása

A SiC epitaxiális gáz főleg a H2-t (vivőgázként), SiH4-et vagy SiCl4-et (Si-forrást biztosító), C3H8-at vagy CCl4-et (C-forrást biztosít), N2-t (N-forrást biztosít adalékoláshoz), TMA-t (trimetil-alumínium, Al-forrást biztosít adalékoláshoz) tartalmaz. ), HCl+H2 (in situ maratás). SiC epitaxiális mag kémiai reakció: SiH4+C3H8→SiC+melléktermék (kb. 1650℃). A SiC aljzatokat nedvesen meg kell tisztítani a SiC epitaxia előtt. A nedves tisztítás javíthatja az aljzat felületét a mechanikai kezelés után, és többszörös oxidációval és redukcióval eltávolíthatja a felesleges szennyeződéseket. Ezután a HCl+H2 használatával fokozható az in situ maratási hatás, hatékonyan gátolja a Si-klaszterek kialakulását, javítja a Si-forrás hasznosítási hatékonyságát, és gyorsabban és jobban maratja az egykristály felületét, tiszta felületi növekedési lépést képezve, felgyorsítva a növekedést. sebességét, és hatékonyan csökkenti a SiC epitaxiális réteg hibáit. Míg azonban a HCl+H2 in situ maratja a SiC szubsztrátumot, kismértékű korróziót is okoz az alkatrészek SiC bevonatán (SiC+H2→SiH4+C). Mivel a SiC-lerakódások az epitaxiális kemencében folyamatosan növekszenek, ennek a korróziónak csekély hatása van.

A SIC egy tipikus polikristályos anyag. A leggyakoribb kristályszerkezetek a 3C-SIC, a 4H-SIC és a 6H-SIC, amelyek közül a 4H-SIC a mainstream eszközök által használt kristályanyag. A kristály formáját befolyásoló egyik fő tényező a reakcióhőmérséklet. Ha a hőmérséklet alacsonyabb, mint egy bizonyos hőmérséklet, akkor más kristályformák könnyen előállíthatók. Az iparban széles körben alkalmazott 4H-SIC epitaxis reakcióhőmérséklete 1550 ~ 1650 ℃. Ha a hőmérséklet alacsonyabb, mint 1550 ℃, akkor más kristályformák, például a 3C-SIC könnyen előállíthatók. A 3C-SIC azonban egy kristály forma, amelyet általában SIC bevonatokban használnak. A kb. 1600 ℃ reakcióhőmérséklet elérte a 3C-SIC határát. Ezért a SIC bevonatok életét elsősorban a SIC epitaxia reakcióhőmérséklete korlátozza.

Mivel a SiC bevonatokon a SiC lerakódások növekedési üteme nagyon gyors, a vízszintes melegfalú SiC epitaxiális berendezést le kell állítani, és a benne lévő SiC bevonat részeket egy ideig folyamatos gyártás után ki kell venni. A SiC bevonat részein a felesleges lerakódásokat, például a SiC-t mechanikus súrlódással → poreltávolítással → ultrahangos tisztítással → magas hőmérsékletű tisztítással távolítják el. Ez a módszer számos mechanikai folyamattal rendelkezik, és könnyen mechanikai sérülést okoz a bevonatban.

Tekintettel a sok problémáraSiC bevonatSiC epitaxiális berendezésben, kombinálva a SiC kristálynövesztő berendezésben a TaC bevonat kiváló teljesítményével, helyettesítve a SiC bevonatotSiC epitaxiálisA TAC bevonattal rendelkező berendezések fokozatosan beléptek a berendezésgyártók és a berendezések felhasználói jövőképébe. Egyrészt a TAC olvadási pontja akár 3880 ℃ -ig terjed, és magas hőmérsékleten ellenáll a kémiai korróziónak, például az NH3, H2, Si és HCL gőznek, és rendkívül erős magas hőmérsékleti ellenállással és korrózióállósággal rendelkezik. Másrészt a SIC növekedési üteme a TAC bevonaton sokkal lassabb, mint a SIC növekedési üteme a SIC bevonón, ami enyhítheti a nagy mennyiségű részecske -esés és a rövid berendezés -karbantartási ciklus problémáit, valamint a túlzott üledékeket, például a SIC -t, mint például a SIC nem lehet erős kémiai kohászati ​​felületet képezniTaC bevonat, és a felesleges üledékeket könnyebben lehet eltávolítani, mint a SIC homogén módon termesztve a SIC bevonaton.