Niyə SiC örtüklü Qrafit Suseptor uğursuz olur? - VeTek yarımkeçirici

SiC ilə örtülmüş qrafit suseptorun uğursuzluq faktorlarının təhlili

Adətən, epitaksial SiC ilə örtülmüş qrafit Suseptorlar tez-tez xarici iemal prosesindən, yükləmə-boşaltmadan və ya təsadüfi insan toqquşmasından qaynaqlana bilən istifadə zamanı mpact. Lakin əsas təsir faktoru hələ də vaflilərin toqquşmasından qaynaqlanır. Həm sapfir, həm də SiC substratları çox sərtdir. Zərbə problemi xüsusilə yüksək sürətli MOCVD avadanlıqlarında yaygındır və onun epitaksial diskinin sürəti 1000 rpm-ə çata bilər. Dəzgahın işə salınması, bağlanması və istismarı zamanı ətalətin təsiri ilə sərt substrat tez-tez atılır və epitaksial disk çuxurunun yan divarına və ya kənarına dəyir, SiC örtüyünün zədələnməsinə səbəb olur. Xüsusilə yeni nəsil böyük MOCVD avadanlıqları üçün onun epitaksial diskinin xarici diametri 700 mm-dən çoxdur və güclü mərkəzdənqaçma qüvvəsi substratın təsir qüvvəsini daha böyük və dağıdıcı gücü daha güclü edir.

NH3 yüksək temperaturlu pirolizdən sonra böyük miqdarda atom H əmələ gətirir və atom H qrafit fazasında karbona güclü reaktivliyə malikdir. Çatda məruz qalmış qrafit substratı ilə təmasda olduqda, o, qrafiti güclü şəkildə aşındıracaq, qaz halında olan karbohidrogenləri (NH3+C→HCN+H2) əmələ gətirmək üçün reaksiya verəcək və qrafit substratda quyular əmələ gətirəcək, nəticədə boşluq daxil olmaqla tipik quyu strukturu yaranacaq. sahəsi və məsaməli qrafit sahəsi. Hər bir epitaksial prosesdə quyular fasiləsiz olaraq çatlardan böyük miqdarda karbohidrogen qazı buraxacaq, proses atmosferinə qarışacaq, hər bir epitaksiya tərəfindən yetişdirilən epitaksial vaflilərin keyfiyyətinə təsir edəcək və nəhayət, qrafit diskin erkən qırılmasına səbəb olacaqdır.

Ümumiyyətlə, çörək qabında istifadə edilən qaz az miqdarda H2 plus N2-dir. H2 diskin səthində AlN və AlGaN kimi çöküntülərlə reaksiya vermək üçün, N2 isə reaksiya məhsullarını təmizləmək üçün istifadə olunur. Bununla belə, yüksək Al komponentləri kimi çöküntüləri hətta H2/1300 ℃ temperaturda çıxarmaq çətindir. Adi LED məhsulları üçün çörək qabını təmizləmək üçün az miqdarda H2 istifadə edilə bilər; lakin, GaN güc cihazları və RF çipləri kimi daha yüksək tələblərə malik məhsullar üçün Cl2 qazı tez-tez çörək qabını təmizləmək üçün istifadə olunur, lakin bunun dəyəri LED üçün istifadə edilənlə müqayisədə qabın ömrünü xeyli azaldır. Cl2 yüksək temperaturda (Cl2+SiC→SiCl4+C) SiC örtüyünü korroziyaya uğrada bildiyindən və səthdə çoxlu korroziya dəlikləri və qalıq sərbəst karbon əmələ gətirdiyindən, Cl2 əvvəlcə SiC örtüyünün taxıl sərhədlərini korroziyaya uğradır, sonra isə taxılları korroziyaya uğradır, nəticədə çatlama və uğursuzluğa qədər örtük gücünün azalması.

SiC epitaksial qaz və SiC örtük çatışmazlığı

SiC epitaksial qaza əsasən H2 (daşıyıcı qaz kimi), SiH4 və ya SiCl4 (Si mənbəyini təmin edir), C3H8 və ya CCl4 (C mənbəyini təmin edir), N2 (dopinq üçün N mənbəyi təmin edir), TMA (dopinq üçün Al mənbəyini təmin edən trimetilalüminium) daxildir. ), HCl+H2 (yerində aşındırma). SiC epitaksial əsas kimyəvi reaksiya: SiH4+C3H8→SiC+yan məhsul (təxminən 1650℃). SiC substratları SiC epitaksiyasından əvvəl nəm təmizlənməlidir. Yaş təmizləmə mexaniki müalicədən sonra substratın səthini yaxşılaşdıra və çoxlu oksidləşmə və reduksiya vasitəsilə artıq çirkləri təmizləyə bilər. Sonra HCl+H2-dən istifadə in-situ aşındırma effektini gücləndirə, Si klasterlərinin əmələ gəlməsini effektiv şəkildə maneə törədə, Si mənbəyindən istifadənin səmərəliliyini yaxşılaşdıra və tək kristal səthi daha sürətli və daha yaxşı aşındıra bilər, aydın bir səth artımı addımı yaradaraq böyüməni sürətləndirə bilər. dərəcəsi və SiC epitaksial təbəqə qüsurlarını effektiv şəkildə azaldır. Bununla belə, HCl+H2 SiC substratını yerində aşındırsa da, o, həmçinin hissələrin SiC örtüyünün az miqdarda korroziyasına səbəb olacaq (SiC+H2→SiH4+C). SiC yataqları epitaksial soba ilə artmağa davam etdiyindən, bu korroziya çox az təsir göstərir.

SiC tipik polikristal materialdır. Ən çox yayılmış kristal strukturlar 3C-SiC, 4H-SiC və 6H-SiC-dir, bunlar arasında 4H-SiC əsas cihazlar tərəfindən istifadə edilən kristal materialdır. Kristal formasına təsir edən əsas amillərdən biri reaksiya temperaturudur. Temperatur müəyyən bir temperaturdan aşağı olarsa, digər kristal formaları asanlıqla əmələ gələcək. Sənayedə geniş istifadə olunan 4H-SiC epitaksinin reaksiya temperaturu 1550 ~ 1650 ℃-dir. Temperatur 1550℃-dən aşağı olarsa, 3C-SiC kimi digər kristal formaları asanlıqla əmələ gələcək. Bununla belə, 3C-SiC, SiC örtüklərində çox istifadə edilən bir kristal formasıdır. Təxminən 1600 ℃ reaksiya temperaturu 3C-SiC həddinə çatmışdır. Buna görə də, SiC örtüklərinin ömrü əsasən SiC epitaksinin reaksiya temperaturu ilə məhdudlaşır.

SiC örtüklərində SiC çöküntülərinin böyümə sürəti çox sürətli olduğundan, üfüqi isti divar SiC epitaksial avadanlığının bağlanması və içərisindəki SiC örtük hissələrinin bir müddət davamlı istehsaldan sonra çıxarılması lazımdır. SiC örtük hissələrinin üzərindəki SiC kimi artıq çöküntülər mexaniki sürtünmə → tozdan təmizləmə → ultrasəs təmizləmə → yüksək temperaturun təmizlənməsi ilə çıxarılır. Bu üsul bir çox mexaniki proseslərə malikdir və örtüyə mexaniki zərər vermək asandır.

Qarşılaşdığı bir çox problemləri nəzərə alaraqSiC örtüyüSiC epitaksial avadanlığında, SiC kristal artım avadanlıqlarında TaC örtüyünün əla performansı ilə birlikdə, SiC örtüyünü əvəz edənSiC epitaksialTaC örtüklü avadanlıq tədricən avadanlıq istehsalçılarının və avadanlıq istifadəçilərinin vizyonuna daxil oldu. Bir tərəfdən, TaC 3880 ℃-ə qədər ərimə nöqtəsinə malikdir və yüksək temperaturda NH3, H2, Si və HCl buxarı kimi kimyəvi korroziyaya davamlıdır və son dərəcə güclü yüksək temperatur müqavimətinə və korroziyaya davamlıdır. Digər tərəfdən, TaC örtüyündə SiC-nin böyümə sürəti SiC örtüyündəki SiC-nin böyümə sürətindən xeyli yavaşdır, bu da böyük miqdarda hissəciklərin düşməsi və qısa avadanlığın istismar dövrü problemlərini və SiC kimi artıq çöküntüləri yüngülləşdirə bilər. ilə güclü kimyəvi metallurgiya interfeysi yarada bilməzTaC örtüyü, və artıq çöküntüləri silmək SiC örtüyündə homojen şəkildə yetişdirilən SiC-dən daha asandır.