Mengapa Susceptor Grafit berlapis SiC gagal? - Semikonduktor VeTek

Analisis Faktor Kegagalan Susceptor Grafit Lapis SiC

Biasanya, kerentanan grafit yang dilapisi SIC epitaxial sering mengalami eksternal iMPACT selama penggunaan, yang mungkin berasal dari proses penanganan, pemuatan dan pembongkaran, atau tabrakan manusia yang tidak disengaja. Tetapi faktor dampak utama masih berasal dari tabrakan wafer. Substrat Sapphire dan SIC sangat sulit. Masalah dampaknya sangat umum pada peralatan MOCVD berkecepatan tinggi, dan kecepatan disk epitaxalnya dapat mencapai hingga 1000 rpm. Selama start-up, shutdown dan pengoperasian mesin, karena efek inersia, substrat keras sering dilemparkan dan mengenai dinding samping atau tepi lubang disk epitaxial, menyebabkan kerusakan pada lapisan SIC. Khusus untuk generasi baru peralatan MOCVD besar, diameter luar disk epitaxalnya lebih besar dari 700mm, dan gaya sentrifugal yang kuat membuat kekuatan dampak substrat lebih besar dan kekuatan destruktif lebih kuat.

NH3 menghasilkan sejumlah besar atom H setelah pirolisis suhu tinggi, dan atom H memiliki reaktivitas yang kuat terhadap karbon dalam fase grafit. Ketika menghubungi substrat grafit yang terpapar pada retak, itu akan sangat mengetsa grafit, bereaksi untuk menghasilkan hidrokarbon gas (NH3+C → HCN+H2), dan membentuk lubang bor dalam substrat grafit, menghasilkan struktur lubang bor yang khas termasuk sebuah hampa area dan area grafit berpori. Dalam setiap proses epitaxial, lubang bor akan terus melepaskan sejumlah besar gas hidrokarbon dari retakan, bercampur ke dalam atmosfer proses, mempengaruhi kualitas wafer epitaxial yang ditanam oleh setiap epitaxy, dan akhirnya menyebabkan disk grafit dihapus lebih awal.

Secara umum gas yang digunakan dalam loyang adalah sejumlah kecil H2 ditambah N2. H2 digunakan untuk bereaksi dengan endapan pada permukaan cakram seperti AlN dan AlGaN, dan N2 digunakan untuk membersihkan produk reaksi. Namun, endapan seperti komponen Al tinggi sulit dihilangkan bahkan pada H2/1300℃. Untuk produk LED biasa, sejumlah kecil H2 dapat digunakan untuk membersihkan loyang; namun, untuk produk dengan persyaratan lebih tinggi seperti perangkat daya GaN dan chip RF, gas Cl2 sering digunakan untuk membersihkan loyang, namun biayanya adalah masa pakai baki jauh berkurang dibandingkan dengan yang digunakan untuk LED. Karena Cl2 dapat menimbulkan korosi pada lapisan SiC pada suhu tinggi (Cl2+SiC→SiCl4+C), dan membentuk banyak lubang korosi dan sisa karbon bebas di permukaan, Cl2 pertama-tama merusak batas butir lapisan SiC, dan kemudian menimbulkan korosi pada butir, sehingga mengakibatkan penurunan kekuatan lapisan hingga retak dan rusak.

Gas epitaksi SiC dan kegagalan pelapisan SiC

SIC Gas Epitaxial terutama mencakup H2 (sebagai gas pembawa), SIH4 atau SICL4 (menyediakan sumber Si), C3H8 atau CCL4 (menyediakan sumber C), N2 (menyediakan sumber N, untuk doping), TMA (trimethylaluminum, menyediakan sumber AL, untuk doping) ), HCl+H2 (etsa in-situ). SIC Epitaxial Core Chemical Reaction: SIH4+C3H8 → SIC+produk sampingan (sekitar 1650 ℃). Substrat SiC harus dibersihkan basah sebelum epitaks sic. Pembersihan basah dapat meningkatkan permukaan substrat setelah perlakuan mekanis dan menghilangkan kelebihan kotoran melalui beberapa oksidasi dan pengurangan. Kemudian menggunakan HCl+H2 dapat meningkatkan efek etsa in-situ, secara efektif menghambat pembentukan kluster Si, meningkatkan efisiensi pemanfaatan sumber Si, dan mengetsa permukaan kristal tunggal lebih cepat dan lebih baik, membentuk langkah pertumbuhan permukaan yang jelas, mempercepat pertumbuhannya menilai, dan secara efektif mengurangi cacat lapisan epitaxial SIC. Namun, sementara HCl+H2 mengukir substrat SiC in-situ, itu juga akan menyebabkan sejumlah kecil korosi pada lapisan SIC pada bagian (SiC+H2 → SIH4+C). Karena endapan SIC terus meningkat dengan tungku epitaxial, korosi ini memiliki sedikit efek.

SiC adalah bahan polikristalin yang khas. Struktur kristal yang paling umum adalah 3C-SiC, 4H-SiC dan 6H-SiC, di antaranya 4H-SiC adalah bahan kristal yang digunakan oleh perangkat arus utama. Salah satu faktor utama yang mempengaruhi bentuk kristal adalah suhu reaksi. Jika suhu lebih rendah dari suhu tertentu, bentuk kristal lain akan mudah dihasilkan. Suhu reaksi epitaksi 4H-SiC yang banyak digunakan di industri adalah 1550~1650℃. Jika suhu lebih rendah dari 1550℃, bentuk kristal lain seperti 3C-SiC akan mudah terbentuk. Namun, 3C-SiC adalah bentuk kristal yang biasa digunakan dalam pelapis SiC. Suhu reaksi sekitar 1600℃ telah mencapai batas 3C-SiC. Oleh karena itu, masa pakai lapisan SiC terutama dibatasi oleh suhu reaksi epitaksi SiC.

Karena tingkat pertumbuhan endapan SiC pada pelapis SIC sangat cepat, peralatan epitaxial SIC dinding horisontal perlu ditutup dan bagian pelapisan SiC di dalam perlu dikeluarkan setelah produksi terus menerus untuk jangka waktu tertentu. Kelebihan endapan seperti SiC pada bagian pelapisan SIC dihilangkan dengan gesekan mekanis → Penghapusan debu → Pembersihan ultrasonik → pemurnian suhu tinggi. Metode ini memiliki banyak proses mekanis dan mudah menyebabkan kerusakan mekanis pada lapisan.

Mengingat banyaknya permasalahan yang dihadapilapisan SiCdalam peralatan epitaksi SiC, dikombinasikan dengan kinerja luar biasa dari lapisan TaC pada peralatan pertumbuhan kristal SiC, menggantikan lapisan SiC padaepitaksi SiCPeralatan dengan TAC Coating secara bertahap memasuki visi pengguna peralatan dan pengguna peralatan. Di satu sisi, TAC memiliki titik leleh hingga 3880 ℃, dan tahan terhadap korosi kimia seperti uap NH3, H2, Si, dan HCl pada suhu tinggi, dan memiliki ketahanan suhu tinggi yang sangat kuat dan resistensi korosi. Di sisi lain, tingkat pertumbuhan SiC pada lapisan TAC jauh lebih lambat daripada laju pertumbuhan SiC pada lapisan SIC, yang dapat mengurangi masalah sejumlah besar partikel jatuh dan siklus pemeliharaan peralatan pendek, dan kelebihan sedimen seperti SiC tidak dapat membentuk antarmuka metalurgi kimia yang kuat denganTAC Coating, dan kelebihan sedimen lebih mudah dihilangkan dibandingkan SiC yang tumbuh secara homogen pada lapisan SiC.