Чому графітовий віруючий серплетник з покриттям SIC? - напівпровідник Vetek

Аналіз факторів відмови графітового чутливості

Зазвичай графітові епітаксіальні графітові вітрильки часто піддаються зовнішньому iMPACT під час використання, який може надходити від процесу обробки, завантаження та вивантаження або випадкового зіткнення людини. Але головний фактор впливу все ще походить від зіткнення вафель. І субстрати Sapphire, і SIC дуже важкі. Проблема впливу особливо поширена в високошвидкісному обладнанні MOCVD, а швидкість його епітаксіального диска може досягати до 1000 об / хв. Під час запуску, відключення та експлуатації машини внаслідок ефекту інерції жорсткий підкладка часто кидається і вражає бічну стінку або край ями епітаксіальної диска, що спричиняє пошкодження покриття SIC. Особливо для нового покоління великого обладнання MOCVD зовнішній діаметр його епітаксіального диска перевищує 700 мм, а сильна відцентрова сила робить силу впливу субстрату, а руйнівна потужність сильнішою.

NH3 утворює велику кількість атомарного H після високотемпературного піролізу, і атомарний H має сильну реакційну здатність до вуглецю в графітній фазі. Коли він контактує з відкритою графітовою підкладкою в місці тріщини, він сильно травить графіт, реагує з утворенням газоподібних вуглеводнів (NH3+C→HCN+H2) і утворює отвори в графітовому субстраті, що призводить до типової структури свердловини, яка включає порожнисту область і область пористого графіту. Під час кожного епітаксійного процесу свердловини постійно виділяють велику кількість вуглеводневого газу з тріщин, змішуються з технологічною атмосферою, впливають на якість епітаксійних пластин, вирощених під час кожної епітаксії, і, нарешті, спричиняють передчасну злам графітового диска.

Взагалі кажучи, газ, що використовується в лотку для випічки, - це невелика кількість H2 плюс N2. H2 використовується для реагування з відкладеннями на поверхні диска, таких як ALN та ALGAN, а N2 використовується для очищення продуктів реакції. Однак, такі депозити, як високі компоненти AL, важко видалити навіть при H2/1300 ℃. Для звичайних світлодіодних виробів невелика кількість H2 може бути використана для очищення випічки; Однак для продуктів з більш високими вимогами, такими як пристрої GAN Power та RF -мікросхеми, газ CL2 часто використовується для очищення лотка для випічки, але вартість полягає в тому, що життя лотка значно зменшується порівняно з тим, що використовується для світлодіода. Оскільки CL2 може роззлочити покриття SIC при високій температурі (CL2+SIC → SICL4+C) і утворювати багато корозійних отворів та залишкового вільного вуглецю на поверхні, CL2 спочатку розмовляє зерновими межами покриття SIC, а потім роз’їжджає зерна, в результаті чого Зниження міцності покриття до розтріскування та невдачі.

Епітаксійний газ SiC і пошкодження покриття SiC

SIC епітаксіальний газ, головним чином, включає H2 (як газ -носій), SIH4 або SICL4 (надає джерело SI), C3H8 або CCL4 (надає джерело C), N2 (надає N джерела для допінгу), TMA (триметилалуміній, що забезпечує джерело Al, для допінгу ), HCl+H2 (in-situ травлення). Хімічна реакція на епітаксіал SIC: SIH4+C3H8 → SIC+побічний продукт (близько 1650 ℃). Субстрати SIC повинні бути мокрі очищені перед епітаксією SIC. Мокрота очищення може покращити поверхню підкладки після механічної обробки та видалити надлишки домішок за допомогою множинного окислення та відновлення. Потім використання HCL+H2 може посилити ефект травлення in-situ, ефективно гальмуючи утворення кластерів Si, підвищити ефективність використання джерела Si та врізатись на монокристалічну поверхню швидше і краще, утворюючи чіткий етап росту поверхні, прискорюючи ріст росту Швидкість та ефективно зниження дефектів епітаксіального шару SIC. Однак, хоча HCL+H2 врізає субстрат SIC в SITU, це також спричинить невелику кількість корозії до покриття SIC на частинах (SIC+H2 → SIH4+C). Оскільки родовища SIC продовжують збільшуватися за допомогою епітаксіальної печі, ця корозію має незначний ефект.

SiC є типовим полікристалічним матеріалом. Найпоширенішими кристалічними структурами є 3C-SiC, 4H-SiC і 6H-SiC, серед яких 4H-SiC є кристалічним матеріалом, який використовується в основних пристроях. Одним з основних факторів, що впливають на кристалічну форму, є температура реакції. Якщо температура нижча за певну температуру, інші форми кристалів будуть легко створені. Температура реакції епітаксії 4H-SiC, яка широко використовується в промисловості, становить 1550 ~ 1650 ℃. Якщо температура нижча за 1550 ℃, інші кристалічні форми, такі як 3C-SiC, будуть легко створені. Однак 3C-SiC є кристалічною формою, яка зазвичай використовується в покриттях SiC. Температура реакції близько 1600 ℃ досягла межі 3C-SiC. Тому термін служби покриттів SiC в основному обмежений температурою реакції епітаксії SiC.

Оскільки темпи зростання родовищ SIC на покриттів SIC дуже швидкий, горизонтальна гаряча стінка епітаксіального обладнання SIC потрібно вимкнути, а деталі для покриття SIC потрібно вийняти після безперервного виробництва протягом певного періоду часу. Надлишки відкладень, таких як SIC на частинах покриття SIC, видаляються механічним тертям → Видалення пилу → Ультразвукове очищення → Очищення високої температури. Цей метод має багато механічних процесів і легко завдати механічного пошкодження покриття.

Зважаючи на численні проблеми, з якими стикаєтьсяSiC покриттяв епітаксійному обладнанні SiC у поєднанні з чудовими характеристиками покриття TaC в обладнанні для вирощування кристалів SiC, що замінює покриття SiC уSIC епітаксіальнийОбладнання з покриттям TAC поступово входило у бачення виробників обладнання та споживачів обладнання. З одного боку, TAC має температуру плавлення до 3880 ℃ і стійкий до хімічної корозії, таких як NH3, H2, Si та HCL при високих температурах, і має надзвичайно сильну високу температуру стійкість та стійкість до корозії. З іншого боку, темпи росту SIC на TAC покриття значно повільніші, ніж темпи росту SIC на SIC покриття, що може полегшити проблеми великої кількості падіння частинок та короткого циклу технічного обслуговування та надлишків, таких як SIC не може сформувати сильний хімічний металургійний інтерфейс зПокриття TaC, і надлишки відкладів простіше видалити, ніж SIC однорідно вирощені на покритті SIC.