Zakaj grafitni susceptor, prevlečen s SiC, odpove? - VeTek Semiconductor

Analiza faktorjev odpovedi grafitnega susceptorja, prevlečenega s SiC

Običajno so epitaksialni grafitni susceptorji, prevlečeni s SiC, pogosto izpostavljeni zunanjim iudarec med uporabo, ki lahko nastane zaradi postopka ravnanja, nakladanja in razkladanja ali nenamernega trka s človekom. Toda glavni dejavnik vpliva še vedno izhaja iz trka rezin. Tako safir kot substrat SiC sta zelo trda. Težava z udarci je še posebej pogosta pri visokohitrostni opremi MOCVD, hitrost njenega epitaksialnega diska pa lahko doseže do 1000 vrt./min. Med zagonom, zaustavitvijo in delovanjem stroja se zaradi učinka vztrajnosti trda podlaga pogosto vrže in zadene ob stransko steno ali rob epitaksialne jame diska, kar povzroči poškodbe SiC prevleke. Zlasti za novo generacijo velike opreme MOCVD je zunanji premer njegovega epitaksialnega diska večji od 700 mm, močna centrifugalna sila pa poveča udarno silo substrata in močnejše destruktivno moč.

NH3 proizvede veliko količino atomskega H po visokotemperaturni pirolizi, atomski H pa ima močno reaktivnost na ogljik v grafitni fazi. Ko pride v stik z izpostavljeno grafitno podlago pri razpoki, bo močno jedkala grafit, reagirala in ustvarila plinaste ogljikovodike (NH3+C→HCN+H2) in oblikovala izvrtine v grafitni podlagi, kar ima za posledico tipično strukturo izvrtine, vključno z votlo območje in območje poroznega grafita. V vsakem epitaksialnem procesu bodo vrtine nenehno sproščale veliko količino ogljikovodikovega plina iz razpok, se mešale v procesno atmosfero, vplivale na kakovost epitaksialnih rezin, ki nastanejo pri vsaki epitaksiji, in končno povzročile predčasno odpad grafitne plošče.

Na splošno je plin, ki se uporablja v pekaču, majhna količina H2 in N2. H2 se uporablja za reakcijo z usedlinami na površini diska, kot sta AlN in AlGaN, N2 pa se uporablja za čiščenje reakcijskih produktov. Vendar je usedline, kot so komponente z visoko vsebnostjo Al, težko odstraniti tudi pri H2/1300 ℃. Pri običajnih LED izdelkih lahko za čiščenje pekača uporabite majhno količino H2; vendar se za izdelke z višjimi zahtevami, kot so napajalne naprave GaN in RF čipi, za čiščenje pekača pogosto uporablja plin Cl2, vendar je strošek, da se življenjska doba pladnja močno skrajša v primerjavi s tistim, ki se uporablja za LED. Ker lahko Cl2 razjeda prevleko SiC pri visoki temperaturi (Cl2+SiC→SiCl4+C) in tvori veliko korozijskih lukenj in ostankov prostega ogljika na površini, Cl2 najprej razjeda meje zrn prevleke SiC, nato pa razjeda zrna, kar povzroči zmanjšanje trdnosti prevleke do razpok in odpovedi.

SiC epitaksialni plin in okvara prevleke SiC

SiC epitaksialni plin vključuje predvsem H2 (kot nosilni plin), SiH4 ali SiCl4 (zagotavlja vir Si), C3H8 ali CCl4 (zagotavlja vir C), N2 (zagotavlja vir N, za dopiranje), TMA (trimetilaluminij, zagotavlja vir Al, za dopiranje ), HCl+H2 (jedkanje in situ). Kemična reakcija epitaksialnega jedra SiC: SiH4+C3H8→SiC+stranski produkt (približno 1650 ℃). SiC substrate je treba pred epitaksijo SiC mokro očistiti. Mokro čiščenje lahko izboljša površino podlage po mehanski obdelavi in ​​odstrani odvečne nečistoče z večkratno oksidacijo in redukcijo. Nato lahko uporaba HCl+H2 poveča učinek jedkanja in situ, učinkovito zavira tvorbo silicijevih grozdov, izboljša učinkovitost uporabe vira silicija in hitreje in bolje jedka površino monokristala, s čimer tvori jasno stopnjo rasti površine, pospeši rast hitrost in učinkovito zmanjšanje napak epitaksialne plasti SiC. Medtem ko HCl+H2 jedka substrat SiC in situ, bo povzročil tudi majhno količino korozije na prevleki SiC na delih (SiC+H2→SiH4+C). Ker se usedline SiC še naprej povečujejo z epitaksialno pečjo, ima ta korozija majhen učinek.

SiC je tipičen polikristalni material. Najpogostejše kristalne strukture so 3C-SiC, 4H-SiC in 6H-SiC, med katerimi je 4H-SiC kristalni material, ki ga uporabljajo glavne naprave. Eden glavnih dejavnikov, ki vplivajo na kristalno obliko, je reakcijska temperatura. Če je temperatura nižja od določene temperature, se zlahka ustvarijo druge kristalne oblike. Reakcijska temperatura epitaksije 4H-SiC, ki se pogosto uporablja v industriji, je 1550 ~ 1650 ℃. Če je temperatura nižja od 1550 ℃, se zlahka ustvarijo druge kristalne oblike, kot je 3C-SiC. Vendar je 3C-SiC kristalna oblika, ki se običajno uporablja v prevlekah SiC. Reakcijska temperatura okoli 1600 ℃ je dosegla mejo 3C-SiC. Zato je življenjska doba SiC prevlek v glavnem omejena z reakcijsko temperaturo epitaksije SiC.

Ker je stopnja rasti usedlin SiC na prevlekah SiC zelo hitra, je treba epitaksialno opremo SiC z vodoravno vročo steno zapreti in dele prevleke SiC v notranjosti odstraniti po neprekinjeni proizvodnji za nekaj časa. Odvečne usedline, kot je SiC na delih prevleke SiC, se odstranijo z mehanskim trenjem → odstranjevanje prahu → ultrazvočno čiščenje → visokotemperaturno čiščenje. Ta metoda ima veliko mehanskih procesov in zlahka povzroči mehanske poškodbe premaza.

Glede na številne težave, s katerimi se soočaSiC prevlekav epitaksialni opremi SiC, v kombinaciji z odlično zmogljivostjo prevleke TaC v opremi za rast kristalov SiC, ki nadomešča prevleko SiC vSiC epitaksialnooprema s TaC prevleko je postopoma vstopila v vizijo proizvajalcev opreme in uporabnikov opreme. Po eni strani ima TaC tališče do 3880 ℃ in je odporen proti kemični koroziji, kot so hlapi NH3, H2, Si in HCl pri visokih temperaturah, ter ima izjemno visoko temperaturno odpornost in odpornost proti koroziji. Po drugi strani pa je stopnja rasti SiC na prevleki TaC veliko počasnejša od stopnje rasti SiC na prevleki SiC, kar lahko ublaži težave velike količine padajočih delcev in kratkega cikla vzdrževanja opreme ter odvečne usedline, kot je SiC ne more tvoriti močne kemične metalurške povezave zTaC prevleka, odvečne usedline pa je lažje odstraniti kot SiC, homogeno zraščen na SiC prevleki.