Kodėl sugenda SiC padengtas grafito susceptorius? - VeTek puslaidininkis

SiC padengto grafito susceptoriaus gedimo faktorių analizė

Paprastai epitaksiniu SiC padengtu grafitu susceptoriai dažnai yra veikiami išorinių t.ysmūgio naudojimo metu, kuris gali atsirasti dėl tvarkymo proceso, pakrovimo ir iškrovimo arba atsitiktinio žmogaus susidūrimo. Tačiau pagrindinis poveikio veiksnys vis tiek atsiranda dėl plokštelių susidūrimo. Tiek safyro, tiek SiC substratai yra labai kieti. Smūgio problema ypač paplitusi didelės spartos MOCVD įrangoje, o jos epitaksinio disko greitis gali siekti iki 1000 aps./min. Įrenginio paleidimo, išjungimo ir eksploatavimo metu dėl inercijos poveikio kietas substratas dažnai svaidosi ir atsitrenkia į epitaksinio disko duobės šoninę sienelę arba kraštą, sukeldamas SiC dangos pažeidimą. Ypač naujos kartos didelės MOCVD įrangos atveju, jo epitaksinio disko išorinis skersmuo yra didesnis nei 700 mm, o dėl stiprios išcentrinės jėgos pagrindo smūgio jėga yra didesnė, o naikinamoji galia yra stipresnė.

NH3 po aukštos temperatūros pirolizės gamina daug atominio H, o atominis H stipriai reaguoja su anglimi grafito fazėje. Kai plyšyje jis liečiasi su atviru grafito pagrindu, jis stipriai ėsdina grafitą, reaguos, kad susidarytų dujiniai angliavandeniliai (NH3+C→HCN+H2) ir grafito substrate susidarys gręžiniai, todėl susidaro tipiška gręžinio struktūra, įskaitant tuščiavidurį. plotas ir porėtas grafito plotas. Kiekviename epitaksiniame procese gręžiniai nuolat išleis didelį kiekį angliavandenilių iš plyšių, susimaišys į proceso atmosferą, paveiks kiekvieno epitaksijos išaugintų epitaksinių plokštelių kokybę ir galiausiai grafito diskas bus anksti pašalintas.

Paprastai kalbant, kepimo skardoje naudojamos dujos yra nedidelis H2 ir N2 kiekis. H2 naudojamas reaguojant su nuosėdomis disko paviršiuje, pvz., AlN ir AlGaN, o N2 naudojamas reakcijos produktams išvalyti. Tačiau nuosėdas, tokias kaip didelio Al komponentai, sunku pašalinti net esant H2/1300 ℃. Paprastiems LED gaminiams kepimo skardai nuvalyti galima naudoti nedidelį kiekį H2; tačiau gaminiams, kuriems taikomi aukštesni reikalavimai, pvz., GaN maitinimo įtaisams ir RF lustams, kepimo skardai valyti dažnai naudojamos Cl2 dujos, tačiau kaina yra tokia, kad padėklo tarnavimo laikas labai sutrumpėja, palyginti su LED. Kadangi Cl2 gali korozuoti SiC dangą esant aukštai temperatūrai (Cl2+SiC→SiCl4+C) ir ant paviršiaus susidaryti daug korozijos skylių bei likusios laisvosios anglies, Cl2 pirmiausia korozuoja SiC dangos grūdelių ribas, o vėliau grūdelius, todėl dangos stiprumo sumažėjimas iki įtrūkimo ir gedimo.

SiC epitaksinių dujų ir SiC dangos gedimas

SiC epitaksines dujas daugiausia sudaro H2 (kaip nešančiosios dujos), SiH4 arba SiCl4 (suteikiantis Si šaltinį), C3H8 arba CCl4 (suteikiantis C šaltinį), N2 (suteikiantis azoto šaltinį, legiruojant), TMA (trimetilaliuminis, suteikiantis Al šaltinį, skirtas legiruoti) ), HCl+H2 (ėsdinimas in situ). SiC epitaksinės šerdies cheminė reakcija: SiH4+C3H8→SiC+šalutinis produktas (apie 1650 ℃). Prieš SiC epitaksiją SiC substratai turi būti drėgnai išvalyti. Drėgnas valymas gali pagerinti pagrindo paviršių po mechaninio apdorojimo ir pašalinti nešvarumų perteklių per daugkartinę oksidaciją ir redukciją. Tada naudojant HCl + H2 galima sustiprinti in situ ėsdinimo efektą, veiksmingai slopinti Si klasterių susidarymą, pagerinti Si šaltinio panaudojimo efektyvumą ir greičiau ir geriau išgraviruoti monokristalų paviršių, suformuojant aiškų paviršiaus augimo etapą, pagreitinant augimą. greitį ir efektyviai sumažina SiC epitaksinio sluoksnio defektus. Tačiau, nors HCl+H2 ėsdina SiC substratą in situ, jis taip pat sukels nedidelę dalių SiC dangos koroziją (SiC+H2→SiH4+C). Kadangi SiC nuosėdos ir toliau didėja kartu su epitaksine krosnele, ši korozija turi mažai įtakos.

SiC yra tipiška polikristalinė medžiaga. Dažniausios kristalų struktūros yra 3C-SiC, 4H-SiC ir 6H-SiC, tarp kurių 4H-SiC yra kristalinė medžiaga, naudojama pagrindiniuose įrenginiuose. Vienas iš pagrindinių veiksnių, turinčių įtakos kristalų formai, yra reakcijos temperatūra. Jei temperatūra yra žemesnė už tam tikrą temperatūrą, lengvai susidarys kitos kristalų formos. Pramonėje plačiai naudojamos 4H-SiC epitaksijos reakcijos temperatūra yra 1550–1650 ℃. Jei temperatūra žemesnė nei 1550 ℃, lengvai susidarys kitos kristalų formos, tokios kaip 3C-SiC. Tačiau 3C-SiC yra kristalų forma, dažniausiai naudojama SiC dangose. Reakcijos temperatūra apie 1600 ℃ pasiekė 3C-SiC ribą. Todėl SiC dangų tarnavimo laiką daugiausia riboja SiC epitaksijos reakcijos temperatūra.

Kadangi SiC nuosėdų augimo greitis ant SiC dangų yra labai greitas, reikia išjungti horizontalią karštosios sienelės SiC epitaksinę įrangą ir išimti viduje esančias SiC dangos dalis po nuolatinės gamybos tam tikrą laiką. Perteklinės nuosėdos, tokios kaip SiC ant SiC dangos dalių, pašalinamos mechanine trintimi → pašalinant dulkes → valant ultragarsu → valant aukštoje temperatūroje. Šis metodas turi daug mechaninių procesų ir lengvai sukelia mechaninius dangos pažeidimus.

Atsižvelgiant į daugybę problemų, su kuriomis susiduriamaSiC dangaSiC epitaksinėje įrangoje, kartu su puikiu TaC dangos veikimu SiC kristalų auginimo įrangoje, pakeičiant SiC dangąSiC epitaksinisįranga su TaC danga pamažu pateko į įrangos gamintojų ir įrangos naudotojų viziją. Viena vertus, TaC lydymosi temperatūra yra iki 3880 ℃ ir yra atspari cheminei korozijai, tokiai kaip NH3, H2, Si ir HCl garai esant aukštai temperatūrai, ir pasižymi itin stipriu atsparumu aukštai temperatūrai ir atsparumu korozijai. Kita vertus, SiC augimo greitis ant TaC dangos yra daug lėtesnis nei SiC augimo greitis ant SiC dangos, o tai gali palengvinti didelių dalelių kritimo ir trumpo įrangos priežiūros ciklo bei perteklinių nuosėdų, tokių kaip SiC, problemas. negali sudaryti stiprios cheminės metalurginės sąsajos suTaC danga, o nuosėdų perteklių lengviau pašalinti nei SiC, išaugintą homogeniškai ant SiC dangos.