Hvorfor svigter SiC-belagt grafitsusceptor? - VeTek Semiconductor

Analyse af fejlfaktorer af SiC-belagt grafitsusceptor

Sædvanligvis udsættes epitaksielle SiC-belagte grafit-susceptorer ofte for ekstern ipåvirkning under brug, som kan komme fra håndteringsprocessen, lastning og losning eller utilsigtet menneskelig kollision. Men den vigtigste påvirkningsfaktor kommer stadig fra kollisionen af ​​wafers. Både safir- og SiC-substrater er meget hårde. Slagproblemet er især almindeligt i højhastigheds MOCVD-udstyr, og hastigheden på dens epitaksiale disk kan nå op til 1000 rpm. Under opstart, nedlukning og drift af maskinen, på grund af virkningen af ​​inerti, bliver det hårde substrat ofte slynget og rammer sidevæggen eller kanten af ​​den epitaksiale skivegrav, hvilket forårsager skade på SiC-belægningen. Især for den nye generation af stort MOCVD-udstyr er den ydre diameter af dens epitaksiale skive større end 700 mm, og den stærke centrifugalkraft gør substratets slagkraft større og den destruktive kraft stærkere.

NH3 producerer en stor mængde atomært H efter højtemperaturpyrolyse, og atomært H har en stærk reaktivitet over for kulstof i grafitfasen. Når det kommer i kontakt med det blottede grafitsubstrat ved revnen, vil det kraftigt ætse grafitten, reagere for at generere gasformige kulbrinter (NH3+C→HCN+H2) og danne boringer i grafitsubstratet, hvilket resulterer i en typisk borehulsstruktur inklusive en hulning. område og et porøst grafitområde. I hver epitaksial proces vil borehullerne kontinuerligt frigive en stor mængde kulbrintegas fra revnerne, blande sig ind i procesatmosfæren, påvirke kvaliteten af ​​de epitaksiale wafere, der dyrkes af hver epitaksi, og til sidst få grafitskiven til at blive skrottet tidligt.

Generelt er den gas, der bruges i bagepladen, en lille mængde H2 plus N2. H2 bruges til at reagere med aflejringer på overfladen af ​​skiven, såsom AlN og AlGaN, og N2 bruges til at rense reaktionsprodukterne. Aflejringer såsom komponenter med højt Al er imidlertid vanskelige at fjerne selv ved H2/1300℃. Til almindelige LED-produkter kan en lille mængde H2 bruges til at rense bagepladen; Men til produkter med højere krav såsom GaN-strømenheder og RF-chips, bruges Cl2-gas ofte til at rense bagepladen, men prisen er, at bakkens levetid er stærkt reduceret i forhold til den, der bruges til LED. Fordi Cl2 kan korrodere SiC-belægning ved høj temperatur (Cl2+SiC→SiCl4+C) og danne mange korrosionshuller og resterende frit kulstof på overfladen, korroderer Cl2 først korngrænserne for SiC-belægning og korroderer derefter kornene, hvilket resulterer i et fald i belægningsstyrke indtil revnedannelse og svigt.

SiC epitaksial gas og SiC belægningsfejl

SiC epitaksial gas omfatter hovedsageligt H2 (som bæregas), SiH4 eller SiCl4 (tilvejebringer Si-kilde), C3H8 eller CCl4 (tilvejebringer C-kilde), N2 (tilvejebringer N-kilde, til doping), TMA (trimethylaluminium, leverer Al-kilde, til doping ), HCI+H2 (in-situ ætsning). SiC epitaksial kerne kemisk reaktion: SiH4+C3H8→SiC+biprodukt (ca. 1650 ℃). SiC-underlag skal vådrenses før SiC-epitaksi. Våd rengøring kan forbedre overfladen af ​​substratet efter mekanisk behandling og fjerne overskydende urenheder gennem multipel oxidation og reduktion. Så kan brug af HCl+H2 øge in-situ ætsningseffekten, effektivt hæmme dannelsen af ​​Si-klynger, forbedre udnyttelseseffektiviteten af ​​Si-kilden og ætse enkeltkrystaloverfladen hurtigere og bedre, hvilket danner et klart overfladevæksttrin, hvilket accelererer væksten hastighed og effektivt reducere SiC epitaksiale lagdefekter. Men mens HCl+H2 ætser SiC-substratet in-situ, vil det også forårsage en lille mængde korrosion på SiC-belægningen på delene (SiC+H2→SiH4+C). Da SiC-aflejringerne fortsætter med at stige med epitaksialovnen, har denne korrosion ringe effekt.

SiC er et typisk polykrystallinsk materiale. De mest almindelige krystalstrukturer er 3C-SiC, 4H-SiC og 6H-SiC, blandt hvilke 4H-SiC er krystalmaterialet, der bruges af almindelige enheder. En af de vigtigste faktorer, der påvirker krystalformen, er reaktionstemperaturen. Hvis temperaturen er lavere end en bestemt temperatur, vil andre krystalformer let blive genereret. Reaktionstemperaturen for 4H-SiC-epitaksi, der er meget brugt i industrien, er 1550 ~ 1650 ℃. Hvis temperaturen er lavere end 1550 ℃, vil andre krystalformer, såsom 3C-SiC, let blive genereret. Imidlertid er 3C-SiC en krystalform, der almindeligvis anvendes i SiC-belægninger. Reaktionstemperaturen på omkring 1600 ℃ har nået grænsen på 3C-SiC. Derfor er levetiden af ​​SiC-belægninger hovedsageligt begrænset af reaktionstemperaturen for SiC-epitaksi.

Da væksthastigheden af ​​SiC-aflejringer på SiC-belægninger er meget hurtig, skal det horisontale varmevægge SiC-epitaksiale udstyr lukkes, og SiC-belægningsdelene indeni skal tages ud efter kontinuerlig produktion i en periode. De overskydende aflejringer såsom SiC på SiC-belægningsdelene fjernes ved mekanisk friktion → støvfjernelse → ultralydsrensning → højtemperaturrensning. Denne metode har mange mekaniske processer og er let at forårsage mekanisk skade på belægningen.

I lyset af de mange problemer, somSiC belægningi SiC-epitaksialt udstyr, kombineret med den fremragende ydeevne af TaC-belægning i SiC-krystalvækstudstyr, der erstatter SiC-belægning iSiC epitaksialudstyr med TaC-belægning er gradvist kommet ind i udstyrsproducenternes og udstyrsbrugernes vision. På den ene side har TaC et smeltepunkt på op til 3880 ℃ og er modstandsdygtigt over for kemisk korrosion såsom NH3, H2, Si og HCl-damp ved høje temperaturer og har ekstremt stærk højtemperaturbestandighed og korrosionsbestandighed. På den anden side er væksthastigheden af ​​SiC på TaC-belægning meget langsommere end væksthastigheden af ​​SiC på SiC-belægning, hvilket kan afhjælpe problemerne med store mængder partikelfald og kort vedligeholdelsescyklus for udstyr og overskydende sedimenter såsom SiC kan ikke danne en stærk kemisk metallurgisk grænseflade medTaC belægning, og de overskydende sedimenter er lettere at fjerne end SiC, der er homogent dyrket på SiC-belægning.