Warum versagt der SiC-beschichtete Graphit-Suszeptor? - VeTek Semiconductor

Analyse von Versagensfaktoren von sic beschichteten Graphit -Anfälligen

Normalerweise werden epitaktisch mit SiC beschichtete Graphit-Suszeptoren häufig externen iMPACT während des Gebrauchs, der aus dem Handhabungsprozess, dem Laden und Abladen oder dem zufälligen menschlichen Kollision stammen kann. Der Hauptwirkungsfaktor resultiert jedoch immer noch aus der Kollision von Wafern. Sowohl Saphir- als auch SIC -Substrate sind sehr hart. Das Auswirkungsproblem ist besonders häufig bei Hochgeschwindigkeits-MOCVD-Geräten, und die Geschwindigkeit seiner epitaxialen Festplatte kann bis zu 1000 U / min erreichen. Während des Starts, des Herunterfahrens und des Betriebs der Maschine wird aufgrund der Trägheitswirkung das harte Substrat häufig geworfen und trifft die Seitenwand oder den Rand der epitaxialen Scheibengrube, wodurch die SIC-Beschichtung beschädigt wird. Insbesondere für die neue Erzeugung großer MOCVD -Geräte beträgt der äußere Durchmesser seiner epitaxialen Scheibe größer als 700 mm, und die starke Zentrifugalkraft macht die Wirkungskraft des Substrats größer und die zerstörerische Kraft stärker.

NH3 erzeugt nach der Hochtemperaturpyrolyse eine große Menge atomaren H, und atomarer H weist eine starke Reaktivität gegenüber Kohlenstoff in der Graphitphase auf. Wenn es am Riss mit dem freiliegenden Graphitsubstrat in Kontakt kommt, ätzt es den Graphit stark an, reagiert unter Bildung gasförmiger Kohlenwasserstoffe (NH3+C→HCN+H2) und bildet Bohrlöcher im Graphitsubstrat, was zu einer typischen Bohrlochstruktur mit Hohlraum führt Bereich und einem porösen Graphitbereich. Bei jedem Epitaxieprozess geben die Bohrlöcher kontinuierlich eine große Menge Kohlenwasserstoffgas aus den Rissen ab, vermischen sich mit der Prozessatmosphäre, beeinträchtigen die Qualität der bei jeder Epitaxie gezüchteten Epitaxiewafer und führen schließlich dazu, dass die Graphitscheibe vorzeitig verschrottet wird.

Im Allgemeinen besteht das im Backblech verwendete Gas aus einer kleinen Menge H2 plus N2. H2 wird verwendet, um mit Ablagerungen auf der Oberfläche der Scheibe wie AlN und AlGaN zu reagieren, und N2 wird zum Entfernen der Reaktionsprodukte verwendet. Allerdings lassen sich Ablagerungen, wie z. B. Bestandteile mit hohem Al-Gehalt, selbst bei H2/1300℃ nur schwer entfernen. Bei gewöhnlichen LED-Produkten kann eine kleine Menge H2 zum Reinigen des Backblechs verwendet werden; Bei Produkten mit höheren Anforderungen wie GaN-Stromversorgungsgeräten und HF-Chips wird jedoch häufig Cl2-Gas zum Reinigen des Backblechs verwendet. Der Preis dafür ist jedoch, dass die Lebensdauer des Blechs im Vergleich zu LEDs stark verkürzt wird. Da Cl2 die SiC-Beschichtung bei hohen Temperaturen korrodieren kann (Cl2+SiC→SiCl4+C) und viele Korrosionslöcher und restlichen freien Kohlenstoff auf der Oberfläche bilden kann, korrodiert Cl2 zunächst die Korngrenzen der SiC-Beschichtung und dann die Körner, was zu Korrosion führt eine Abnahme der Beschichtungsfestigkeit bis hin zur Rissbildung und zum Versagen.

SIC -Epitaxialgas und SIC -Beschichtungsversagen

SIC -Epitaxialgas umfasst hauptsächlich H2 (als Trägergas), SIH4 oder SICL4 (Bereitstellung von SI -Quelle), C3H8 oder CCL4 (Bereitstellung von C -Quelle), N2 (Bereitstellung von N -Quelle, für Doping), TMA (Trimethylaluminium, Bereitstellung von Al -Quelle, für Doping ), HCl+H2 (In-situ-Ätzen). SIC -epitaxiale Kernreaktion: SIH4+C3H8 → SIC+-Byprodukt (ca. 1650 ℃). SIC -Substrate müssen vor der SIC -Epitaxie nass gereinigt werden. Nassreinigung kann die Oberfläche des Substrats nach mechanischer Behandlung verbessern und überschüssige Verunreinigungen durch mehrfache Oxidation und Reduktion entfernen. Dann kann die Verwendung von HCl+H2 den In-situ-Ätzeffekt verbessern, die Bildung von SI-Clustern effektiv hemmen, die Nutzungseffizienz der SI-Quelle verbessern und die einzelnen Kristalloberfläche schneller und besser bilden, ein klares Oberflächenwachstumsschritt bilden, das Wachstum beschleunigen Rate und effektiv reduzieren SIC -epitaxiale Schichtfehler. Während HCl+H2 das sic-Substrat in-situ ätzt, verursacht es auch eine geringe Korrosionsmenge für die sic-Beschichtung an den Teilen (sic+h2 → sih4+c). Da die SIC -Ablagerungen mit dem epitaxialen Ofen weiter zunehmen, hat diese Korrosion nur geringe Auswirkungen.

SiC ist ein typisches polykristallines Material. Die häufigsten Kristallstrukturen sind 3C-SiC, 4H-SiC und 6H-SiC, wobei 4H-SiC das Kristallmaterial ist, das in gängigen Geräten verwendet wird. Einer der Hauptfaktoren, die die Kristallform beeinflussen, ist die Reaktionstemperatur. Wenn die Temperatur unter einer bestimmten Temperatur liegt, werden leicht andere Kristallformen erzeugt. Die Reaktionstemperatur der in der Industrie weit verbreiteten 4H-SiC-Epitaxie beträgt 1550 bis 1650 °C. Wenn die Temperatur niedriger als 1550℃ ist, werden leicht andere Kristallformen wie 3C-SiC erzeugt. Allerdings ist 3C-SiC eine Kristallform, die häufig in SiC-Beschichtungen verwendet wird. Die Reaktionstemperatur von etwa 1600℃ hat die Grenze von 3C-SiC erreicht. Daher wird die Lebensdauer von SiC-Beschichtungen hauptsächlich durch die Reaktionstemperatur der SiC-Epitaxie begrenzt.

Da die Wachstumsrate der SIC -Ablagerungen bei SIC -Beschichtungen sehr schnell ist, muss die horizontale Epitaxialsausrüstung für die sic sic -Ausrüstung geschlossen werden und die Innen -Teile der SiC -Beschichtung müssen nach kontinuierlicher Produktion über einen bestimmten Zeitraum hinweg herausgenommen werden. Die überschüssigen Ablagerungen wie sic an den sic -Beschichtungsteilen werden durch mechanische Reibung → Staubentfernung → Ultraschallreinigung → Hochtemperaturreinigung entfernt. Diese Methode hat viele mechanische Prozesse und kann leicht mechanische Beschädigungen an der Beschichtung verursachen.

Angesichts der vielen Probleme, mit denen er konfrontiert istSic -BeschichtungIn sic epitaxialen Geräten in Kombination mit der hervorragenden Leistung der TAC -Beschichtung bei SIC -Kristallwachstumsgeräten, die die SIC -Beschichtung in ersetztSic epitaxialGeräte mit TaC-Beschichtung sind nach und nach in die Vision von Geräteherstellern und Gerätebenutzern gelangt. Einerseits hat TaC einen Schmelzpunkt von bis zu 3880℃ und ist beständig gegen chemische Korrosion wie NH3-, H2-, Si- und HCl-Dampf bei hohen Temperaturen und weist eine extrem hohe Hochtemperaturbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit auf. Andererseits ist die Wachstumsrate von SiC auf einer TaC-Beschichtung viel langsamer als die Wachstumsrate von SiC auf einer SiC-Beschichtung, was die Probleme großer herabfallender Partikelmengen und kurzer Wartungszyklen der Ausrüstung sowie überschüssiger Sedimente wie SiC lindern kann kann keine starke chemisch-metallurgische Grenzfläche bildenTAC -Beschichtung, und die überschüssigen Sedimente lassen sich leichter entfernen als homogen aufgewachsenes SiC auf einer SiC-Beschichtung.