SiC kaplı Grafit Süseptör neden başarısız oluyor? - VeTek Yarı İletken

SiC Kaplı Grafit Süseptörlerin Başarısızlık Faktörlerinin Analizi

Genellikle, epitaksiyel SiC kaplı grafit Süseptörler sıklıkla harici i etkisine maruz kalır.Taşıma sürecinden, yükleme ve boşaltmadan veya kazara insan çarpmasından kaynaklanabilecek kullanım sırasındaki darbe. Ancak asıl etki faktörü hâlâ levhaların çarpışmasından geliyor. Hem safir hem de SiC yüzeyler çok serttir. Çarpma sorunu özellikle yüksek hızlı MOCVD ekipmanlarında yaygındır ve epitaksiyel diskinin hızı 1000 rpm'ye kadar ulaşabilir. Makinenin başlatılması, kapatılması ve çalıştırılması sırasında atalet etkisi nedeniyle sert alt tabaka sıklıkla fırlatılır ve epitaksiyel disk çukurunun yan duvarına veya kenarına çarparak SiC kaplamanın hasar görmesine neden olur. Özellikle yeni nesil büyük MOCVD ekipmanı için epitaksiyel diskin dış çapı 700 mm'den büyüktür ve güçlü merkezkaç kuvveti, alt tabakanın darbe kuvvetini daha büyük ve yıkıcı gücü daha güçlü hale getirir.

NH3, yüksek sıcaklıkta pirolizden sonra büyük miktarda atomik H üretir ve atomik H, grafit fazında karbona karşı güçlü bir reaktiviteye sahiptir. Çatlakta açıkta kalan grafit alt katmanla temas ettiğinde, grafiti güçlü bir şekilde aşındıracak, reaksiyona girerek gaz halindeki hidrokarbonlar (NH3+C→HCN+H2) üretecek ve grafit alt katmanda delikler oluşturarak içi boş bir delik içeren tipik bir sondaj deliği yapısıyla sonuçlanacak. alanı ve gözenekli bir grafit alanı. Her bir epitaksiyel işlemde, sondaj delikleri sürekli olarak büyük miktarda hidrokarbon gazını çatlaklardan serbest bırakacak, işlem atmosferine karışacak, her bir epitaksi tarafından büyütülen epitaksiyel levhaların kalitesini etkileyecek ve son olarak grafit diskin erken hurdaya çıkmasına neden olacaktır.

Genel olarak fırın tepsisinde kullanılan gaz az miktarda H2 artı N2'dir. H2, disk yüzeyindeki AlN ve AlGaN gibi birikintilerle reaksiyona girmek için kullanılır ve N2, reaksiyon ürünlerini temizlemek için kullanılır. Ancak yüksek Al bileşenleri gibi birikintilerin H2/1300°C'de bile temizlenmesi zordur. Sıradan LED ürünlerde fırın tepsisini temizlemek için az miktarda H2 kullanılabilir; ancak GaN güç cihazları ve RF çipleri gibi daha yüksek gereksinimlere sahip ürünler için fırın tepsisini temizlemek için sıklıkla Cl2 gazı kullanılır, ancak maliyeti LED için kullanılana kıyasla tepsi ömrünün büyük ölçüde azalmasıdır. Cl2, SiC kaplamayı yüksek sıcaklıkta (Cl2+SiC→SiCl4+C) aşındırabildiğinden ve yüzeyde birçok korozyon deliği ve artık serbest karbon oluşturduğundan, Cl2 önce SiC kaplamanın tanecik sınırlarını aşındırır ve ardından taneleri aşındırarak sonuçta çatlama ve bozulmaya kadar kaplama mukavemetinde azalma.

SiC epitaksiyel gaz ve SiC kaplama arızası

SiC epitaksiyel gazı esas olarak H2 (taşıyıcı gaz olarak), SiH4 veya SiCl4 (Si kaynağı sağlar), C3H8 veya CCl4 (C kaynağı sağlar), N2 (katkılama için N kaynağı sağlar), TMA (katkılama için Al kaynağı sağlar) içerir ), HCl+H2 (yerinde aşındırma). SiC epitaksiyel çekirdek kimyasal reaksiyonu: SiH4+C3H8→SiC+yan ürün (yaklaşık 1650°C). SiC yüzeyleri, SiC epitaksiden önce ıslak olarak temizlenmelidir. Islak temizleme, mekanik işlemden sonra alt tabakanın yüzeyini iyileştirebilir ve çoklu oksidasyon ve indirgeme yoluyla fazla yabancı maddeleri giderebilir. Daha sonra HCl+H2 kullanmak, yerinde aşındırma etkisini artırabilir, Si kümelerinin oluşumunu etkili bir şekilde engelleyebilir, Si kaynağının kullanım verimliliğini artırabilir ve tek kristal yüzeyini daha hızlı ve daha iyi aşındırarak net bir yüzey büyüme adımı oluşturarak büyümeyi hızlandırabilir. oranı ve SiC epitaksiyel katman kusurlarını etkili bir şekilde azaltır. Ancak HCl+H2, SiC alt katmanını yerinde aşındırırken aynı zamanda parçalar üzerindeki SiC kaplamada da az miktarda korozyona neden olur (SiC+H2→SiH4+C). Epitaksiyel fırınla ​​birlikte SiC birikintileri artmaya devam ettiğinden bu korozyonun etkisi çok az olur.

SiC tipik bir polikristalin malzemedir. En yaygın kristal yapılar 3C-SiC, 4H-SiC ve 6H-SiC'dir; bunların arasında 4H-SiC, ana akım cihazlar tarafından kullanılan kristal malzemedir. Kristal formunu etkileyen en önemli faktörlerden biri reaksiyon sıcaklığıdır. Sıcaklık belirli bir sıcaklığın altındaysa diğer kristal formları kolaylıkla üretilecektir. Endüstride yaygın olarak kullanılan 4H-SiC epitaksinin reaksiyon sıcaklığı 1550~1650°C'dir. Sıcaklık 1550°C'nin altındaysa 3C-SiC gibi diğer kristal formları kolaylıkla üretilecektir. Ancak 3C-SiC, SiC kaplamalarda yaygın olarak kullanılan bir kristal formdur. Yaklaşık 1600°C'lik reaksiyon sıcaklığı 3C-SiC sınırına ulaştı. Bu nedenle SiC kaplamaların ömrü esas olarak SiC epitaksinin reaksiyon sıcaklığı ile sınırlıdır.

SiC kaplamalar üzerindeki SiC birikintilerinin büyüme hızı çok hızlı olduğundan, yatay sıcak duvarlı SiC epitaksiyel ekipmanının kapatılması ve içindeki SiC kaplama parçalarının bir süre sürekli üretimden sonra dışarı çıkarılması gerekir. SiC kaplama parçalarındaki SiC gibi fazla birikintiler, mekanik sürtünme → toz giderme → ultrasonik temizleme → yüksek sıcaklıkta arıtma ile giderilir. Bu yöntemin birçok mekanik işlemi vardır ve kaplamaya mekanik hasar vermesi kolaydır.

Karşılaşılan birçok sorun göz önüne alındığındaSiC kaplamaSiC epitaksiyel ekipmanında, SiC kristal büyütme ekipmanında TaC kaplamanın mükemmel performansı ile birleştiğinde, SiC kaplamanın yerini alır.SiC epitaksiyelTaC kaplamalı ekipmanlar yavaş yavaş ekipman üreticilerinin ve ekipman kullanıcılarının vizyonuna girmiştir. Bir yandan TaC, 3880°C'ye kadar erime noktasına sahiptir ve yüksek sıcaklıklarda NH3, H2, Si ve HCl buharı gibi kimyasal korozyona karşı dayanıklıdır ve son derece güçlü yüksek sıcaklık direncine ve korozyon direncine sahiptir. Öte yandan, TaC kaplama üzerindeki SiC'nin büyüme hızı, SiC kaplama üzerindeki SiC'nin büyüme hızından çok daha yavaştır; bu, büyük miktarda partikül düşmesi ve kısa ekipman bakım döngüsü ve SiC gibi fazla çökelti sorunlarını hafifletebilir. ile güçlü bir kimyasal metalurjik arayüz oluşturamazTaC kaplamave fazla çökeltilerin çıkarılması, SiC kaplama üzerinde homojen olarak büyütülmüş SiC'ye göre daha kolaydır.