Waarom faalt de SiC-gecoate grafietsusceptor? - VeTek-halfgeleider

Analyse van faalfactoren van met SiC gecoate grafietsusceptor

Gewoonlijk worden epitaxiale, met SiC gecoate grafietsusceptors vaak onderworpen aan externe iimpact tijdens het gebruik, die het gevolg kan zijn van het hanteringsproces, het laden en lossen, of een accidentele menselijke botsing. Maar de belangrijkste impactfactor is nog steeds afkomstig van de botsing van wafels. Zowel saffier- als SiC-substraten zijn erg hard. Het impactprobleem komt vooral veel voor bij MOCVD-apparatuur met hoge snelheid, en de snelheid van de epitaxiale schijf kan oplopen tot 1000 tpm. Tijdens het opstarten, uitschakelen en bedienen van de machine wordt het harde substraat, als gevolg van de traagheid, vaak weggeslingerd en raakt het de zijwand of rand van de epitaxiale schijfput, waardoor schade aan de SiC-coating ontstaat. Vooral voor de nieuwe generatie grote MOCVD-apparatuur is de buitendiameter van de epitaxiale schijf groter dan 700 mm, en de sterke middelpuntvliedende kracht maakt de impactkracht van het substraat groter en de vernietigende kracht sterker.

NH3 produceert een grote hoeveelheid atomair H na pyrolyse bij hoge temperatuur, en atomair H heeft een sterke reactiviteit met koolstof in de grafietfase. Wanneer het in contact komt met het blootgestelde grafietsubstraat bij de scheur, zal het het grafiet sterk etsen, reageren om gasvormige koolwaterstoffen (NH3+C → HCN + H2) te genereren en boorgaten in het grafietsubstraat vormen, wat resulteert in een typische boorgatstructuur inclusief een holle structuur. gebied en een poreus grafietgebied. Bij elk epitaxiaal proces zullen de boorgaten continu een grote hoeveelheid koolwaterstofgas vrijgeven uit de scheuren, zich vermengen met de procesatmosfeer, de kwaliteit van de epitaxiale wafels beïnvloeden die door elke epitaxie worden gegroeid, en er uiteindelijk voor zorgen dat de grafietschijf vroegtijdig wordt gesloopt.

Over het algemeen bestaat het gas dat in de bakplaat wordt gebruikt uit een kleine hoeveelheid H2 plus N2. H2 wordt gebruikt om te reageren met afzettingen op het oppervlak van de schijf, zoals AlN en AlGaN, en N2 wordt gebruikt om de reactieproducten te verwijderen. Afzettingen zoals componenten met een hoog Al-gehalte zijn echter zelfs bij H2/1300℃ moeilijk te verwijderen. Bij gewone LED producten kan een kleine hoeveelheid H2 gebruikt worden om de bakplaat schoon te maken; Voor producten met hogere eisen, zoals GaN-vermogensapparaten en RF-chips, wordt echter vaak Cl2-gas gebruikt om de bakplaat schoon te maken, maar de kosten zijn dat de levensduur van de bak aanzienlijk wordt verkort in vergelijking met die van LED. Omdat Cl2 de SiC-coating bij hoge temperaturen (Cl2+SiC → SiCl4+C) kan aantasten en veel corrosiegaten en resterende vrije koolstof op het oppervlak kan vormen, corrodeert Cl2 eerst de korrelgrenzen van de SiC-coating en corrodeert vervolgens de korrels, wat resulteert in een afname van de coatingsterkte tot barsten en falen.

SiC epitaxiaal gas en SiC-coating falen

Epitaxiaal SiC-gas omvat voornamelijk H2 (als draaggas), SiH4 of SiCl4 (levert Si-bron), C3H8 of CCl4 (levert C-bron), N2 (levert N-bron, voor doping), TMA (trimethylaluminium, levert Al-bron, voor doping ), HCl+H2 (etsen in situ). SiC epitaxiale kern chemische reactie: SiH4+C3H8 → SiC + bijproduct (ongeveer 1650 ℃). SiC-substraten moeten vóór SiC-epitaxie nat worden gereinigd. Nat reinigen kan het oppervlak van het substraat na mechanische behandeling verbeteren en overtollige onzuiverheden verwijderen door middel van meervoudige oxidatie en reductie. Vervolgens kan het gebruik van HCl + H2 het in-situ etseffect verbeteren, de vorming van Si-clusters effectief remmen, de gebruiksefficiëntie van de Si-bron verbeteren en het eenkristaloppervlak sneller en beter etsen, waardoor een duidelijke oppervlaktegroeistap wordt gevormd, waardoor de groei wordt versneld. snelheid, en effectief verminderen van SiC epitaxiale laagdefecten. Hoewel HCl+H2 het SiC-substraat in situ etst, zal het echter ook een kleine hoeveelheid corrosie veroorzaken aan de SiC-coating op de onderdelen (SiC+H2 → SiH4+C). Omdat de SiC-afzettingen met de epitaxiale oven blijven toenemen, heeft deze corrosie weinig effect.

SiC is een typisch polykristallijn materiaal. De meest voorkomende kristalstructuren zijn 3C-SiC, 4H-SiC en 6H-SiC, waaronder 4H-SiC het kristalmateriaal dat door reguliere apparaten wordt gebruikt. Een van de belangrijkste factoren die de kristalvorm beïnvloeden, is de reactietemperatuur. Als de temperatuur lager is dan een bepaalde temperatuur, zullen gemakkelijk andere kristalvormen ontstaan. De reactietemperatuur van 4H-SiC-epitaxie die veel in de industrie wordt gebruikt, is 1550 ~ 1650 ℃. Als de temperatuur lager is dan 1550℃, zullen andere kristalvormen zoals 3C-SiC gemakkelijk worden gegenereerd. 3C-SiC is echter een kristalvorm die veel wordt gebruikt in SiC-coatings. De reactietemperatuur van ongeveer 1600℃ heeft de limiet van 3C-SiC bereikt. Daarom wordt de levensduur van SiC-coatings voornamelijk beperkt door de reactietemperatuur van SiC-epitaxie.

Omdat de groeisnelheid van SiC-afzettingen op SiC-coatings erg snel is, moet de epitaxiale SiC-apparatuur met horizontale hete wand worden uitgeschakeld en moeten de SiC-coatingonderdelen binnenin worden verwijderd na een continue productie gedurende een bepaalde periode. De overtollige afzettingen zoals SiC op de SiC-coatingonderdelen worden verwijderd door mechanische wrijving → stofverwijdering → ultrasoon reinigen → zuivering op hoge temperatuur. Deze methode kent veel mechanische processen en veroorzaakt gemakkelijk mechanische schade aan de coating.

Gezien de vele problemen waar we mee kampenSiC-coatingin epitaxiale SiC-apparatuur, gecombineerd met de uitstekende prestaties van TaC-coating in SiC-kristalgroeiapparatuur, ter vervanging van SiC-coating inSiC epitaxiaalapparatuur met TaC-coating is geleidelijk in de visie van apparatuurfabrikanten en apparatuurgebruikers terechtgekomen. Enerzijds heeft TaC een smeltpunt tot 3880℃ en is het bestand tegen chemische corrosie zoals NH3-, H2-, Si- en HCl-damp bij hoge temperaturen, en heeft het een extreem sterke hoge temperatuurbestendigheid en corrosieweerstand. Aan de andere kant is de groeisnelheid van SiC op TaC-coating veel langzamer dan de groeisnelheid van SiC op SiC-coating, wat de problemen van het vallen van grote hoeveelheden deeltjes en de korte onderhoudscyclus van de apparatuur en de overtollige sedimenten zoals SiC kan verlichten. kan er geen sterke chemische metallurgische interface mee vormenTaC-coatingen de overtollige sedimenten zijn gemakkelijker te verwijderen dan SiC homogeen gegroeid op SiC-coating.