Защо Graphite Susceptor с покритие от SiC се проваля? - VeTek Semiconductor

Анализ на факторите на повреда на графитен ток с покритие от SiC

Обикновено графитните фиксатори с епитаксиално SiC покритие често се подлагат на външни iудар по време на употреба, който може да произтича от процеса на обработка, товарене и разтоварване или случаен сблъсък с хора. Но основният фактор на въздействие все още идва от сблъсъка на вафлите. И сапфирът, и SiC субстратите са много твърди. Проблемът с удара е особено често срещан при високоскоростно оборудване MOCVD, а скоростта на неговия епитаксиален диск може да достигне до 1000 rpm. По време на стартиране, спиране и работа на машината, поради ефекта на инерцията, твърдият субстрат често се хвърля и удря страничната стена или ръба на ямата на епитаксиалния диск, причинявайки повреда на SiC покритието. Специално за новото поколение голямо MOCVD оборудване, външният диаметър на неговия епитаксиален диск е по-голям от 700 mm, а силната центробежна сила прави ударната сила на субстрата по-голяма и разрушителната сила по-силна.

NH3 произвежда голямо количество атомен Н след високотемпературна пиролиза, а атомният Н има силна реактивност към въглерода в графитната фаза. Когато влезе в контакт с открития графитен субстрат в пукнатината, той силно ще ецва графита, ще реагира, за да генерира газообразни въглеводороди (NH3+C→HCN+H2) и ще образува дупки в графитния субстрат, което води до типична структура на сондаж, включително куха зона и зона с порест графит. При всеки епитаксиален процес сондажите непрекъснато ще отделят голямо количество въглеводороден газ от пукнатините, ще се смесят в атмосферата на процеса, ще повлияят на качеството на епитаксиалните пластини, отгледани от всяка епитаксия, и накрая ще доведат до ранно бракуване на графитния диск.

Най-общо казано, газът, използван в тавата за печене, е малко количество H2 плюс N2. H2 се използва за реакция с отлагания по повърхността на диска като AlN и AlGaN, а N2 се използва за прочистване на реакционните продукти. Въпреки това, отлагания като компоненти с високо съдържание на Al са трудни за отстраняване дори при H2/1300 ℃. За обикновени LED продукти може да се използва малко количество H2 за почистване на тавата за печене; въпреки това, за продукти с по-високи изисквания, като GaN захранващи устройства и RF чипове, газът Cl2 често се използва за почистване на тавата за печене, но цената е, че животът на тавата е значително намален в сравнение с този, използван за LED. Тъй като Cl2 може да корозира SiC покритието при висока температура (Cl2+SiC→SiCl4+C) и да образува много корозионни дупки и остатъчен свободен въглерод на повърхността, Cl2 първо корозира границите на зърната на SiC покритието и след това корозира зърната, което води до намаляване на здравината на покритието до напукване и повреда.

SiC епитаксиален газ и повреда на SiC покритие

Епитаксиалният газ SiC включва главно H2 (като газ носител), SiH4 или SiCl4 (осигуряващ източник на Si), C3H8 или CCl4 (осигуряващ източник на C), N2 (осигуряващ източник на N, за допинг), TMA (триметилалуминий, осигуряващ източник на Al, за допинг ), HCl+H2 (ецване in situ). Химическа реакция на епитаксиално ядро ​​на SiC: SiH4+C3H8→SiC+страничен продукт (около 1650 ℃). SiC субстратите трябва да бъдат мокро почистени преди SiC епитаксия. Мокрото почистване може да подобри повърхността на основата след механична обработка и да премахне излишните примеси чрез многократно окисление и редукция. След това използването на HCl+H2 може да подобри ефекта на ецване на място, ефективно да инхибира образуването на Si клъстери, да подобри ефективността на използване на източника на Si и да ецва монокристалната повърхност по-бързо и по-добре, образувайки ясна стъпка на растеж на повърхността, ускорявайки растежа скорост и ефективно намаляване на дефектите на епитаксиалния слой на SiC. Въпреки това, докато HCl+H2 ецва SiC субстрата на място, това също ще причини малко количество корозия на SiC покритието на частите (SiC+H2→SiH4+C). Тъй като отлаганията на SiC продължават да се увеличават с епитаксиалната пещ, тази корозия има малък ефект.

SiC е типичен поликристален материал. Най-често срещаните кристални структури са 3C-SiC, 4H-SiC и 6H-SiC, сред които 4H-SiC е кристалният материал, използван от основните устройства. Един от основните фактори, влияещи върху кристалната форма, е реакционната температура. Ако температурата е по-ниска от определена температура, лесно ще се генерират други кристални форми. Реакционната температура на 4H-SiC епитаксия, широко използвана в индустрията, е 1550 ~ 1650 ℃. Ако температурата е по-ниска от 1550 ℃, лесно ще се генерират други кристални форми като 3C-SiC. Въпреки това, 3C-SiC е кристална форма, която обикновено се използва в SiC покрития. Реакционната температура от около 1600 ℃ е достигнала границата от 3C-SiC. Следователно животът на SiC покритията е ограничен главно от реакционната температура на SiC епитаксия.

Тъй като скоростта на нарастване на SiC отлаганията върху SiC покритията е много бърза, епитаксиалното оборудване за SiC с хоризонтална гореща стена трябва да бъде изключено и частите на SiC покритието вътре трябва да бъдат извадени след непрекъснато производство за определен период от време. Излишните отлагания като SiC върху частите на SiC покритието се отстраняват чрез механично триене → отстраняване на прах → ултразвуково почистване → пречистване при висока температура. Този метод има много механични процеси и лесно причинява механични повреди на покритието.

С оглед на множеството проблеми, пред които е изправенSiC покритиев SiC епитаксиално оборудване, съчетано с отличното представяне на TaC покритие в SiC оборудване за растеж на кристали, заместващо SiC покритие вSiC епитаксиаленоборудване с TaC покритие постепенно навлезе във визията на производителите на оборудване и потребителите на оборудване. От една страна, TaC има точка на топене до 3880 ℃ и е устойчив на химическа корозия като NH3, H2, Si и HCl пари при високи температури и има изключително силна устойчивост на висока температура и устойчивост на корозия. От друга страна, скоростта на растеж на SiC върху TaC покритие е много по-бавна от скоростта на растеж на SiC върху SiC покритие, което може да облекчи проблемите с голямо количество падащи частици и кратък цикъл на поддръжка на оборудването, както и излишните утайки като SiC не може да образува силна химична металургична връзка сTaC покритие, а излишните утайки се отстраняват по-лесно от SiC, хомогенно отгледан върху SiC покритие.