Warum versagt der SiC-beschichtete Graphit-Suszeptor? - VeTek Semiconductor

Analyse der Fehlerfaktoren von SiC-beschichteten Graphitsuszeptoren

Normalerweise werden epitaktische SiC-beschichtete Graphit-Suszeptoren häufig externen iStöße während des Gebrauchs, die durch den Handhabungsprozess, das Be- und Entladen oder einen versehentlichen Zusammenstoß mit Menschen entstehen können. Der Haupteinflussfaktor ist jedoch immer noch die Kollision von Wafern. Sowohl Saphir- als auch SiC-Substrate sind sehr hart. Das Aufprallproblem tritt besonders häufig bei Hochgeschwindigkeits-MOCVD-Geräten auf, und die Geschwindigkeit der Epitaxiescheibe kann bis zu 1000 U/min erreichen. Während des Startens, Herunterfahrens und Betriebs der Maschine wird das harte Substrat aufgrund der Trägheitswirkung häufig geschleudert und trifft auf die Seitenwand oder den Rand der Epitaxie-Scheibengrube, wodurch die SiC-Beschichtung beschädigt wird. Insbesondere bei der neuen Generation großer MOCVD-Geräte ist der Außendurchmesser der Epitaxiescheibe größer als 700 mm, und die starke Zentrifugalkraft macht die Aufprallkraft des Substrats größer und die Zerstörungskraft stärker.

NH3 erzeugt nach der Hochtemperaturpyrolyse eine große Menge atomaren H, und atomarer H weist eine starke Reaktivität gegenüber Kohlenstoff in der Graphitphase auf. Wenn es am Riss mit dem freiliegenden Graphitsubstrat in Kontakt kommt, ätzt es den Graphit stark an, reagiert unter Bildung gasförmiger Kohlenwasserstoffe (NH3+C→HCN+H2) und bildet Bohrlöcher im Graphitsubstrat, was zu einer typischen Bohrlochstruktur mit Hohlraum führt Bereich und einem porösen Graphitbereich. Bei jedem Epitaxieprozess geben die Bohrlöcher kontinuierlich eine große Menge Kohlenwasserstoffgas aus den Rissen ab, vermischen sich mit der Prozessatmosphäre, beeinträchtigen die Qualität der bei jeder Epitaxie gezüchteten Epitaxiewafer und führen schließlich dazu, dass die Graphitscheibe vorzeitig verschrottet wird.

Im Allgemeinen besteht das im Backblech verwendete Gas aus einer kleinen Menge H2 plus N2. H2 wird verwendet, um mit Ablagerungen auf der Oberfläche der Scheibe wie AlN und AlGaN zu reagieren, und N2 wird zum Entfernen der Reaktionsprodukte verwendet. Allerdings lassen sich Ablagerungen, wie z. B. Bestandteile mit hohem Al-Gehalt, selbst bei H2/1300℃ nur schwer entfernen. Bei gewöhnlichen LED-Produkten kann eine kleine Menge H2 zum Reinigen des Backblechs verwendet werden; Bei Produkten mit höheren Anforderungen wie GaN-Stromversorgungsgeräten und HF-Chips wird jedoch häufig Cl2-Gas zum Reinigen des Backblechs verwendet. Der Preis dafür ist jedoch, dass die Lebensdauer des Blechs im Vergleich zu LEDs stark verkürzt wird. Da Cl2 die SiC-Beschichtung bei hohen Temperaturen korrodieren kann (Cl2+SiC→SiCl4+C) und viele Korrosionslöcher und freien Kohlenstoffreste auf der Oberfläche bilden kann, korrodiert Cl2 zunächst die Korngrenzen der SiC-Beschichtung und dann die Körner, was zu Korrosion führt eine Abnahme der Beschichtungsfestigkeit bis hin zur Rissbildung und zum Versagen.

SiC-Epitaxiegas und SiC-Beschichtungsfehler

SiC-Epitaxiegas umfasst hauptsächlich H2 (als Trägergas), SiH4 oder SiCl4 (als Si-Quelle), C3H8 oder CCl4 (als C-Quelle), N2 (als N-Quelle für die Dotierung), TMA (Trimethylaluminium als Al-Quelle für die Dotierung). ), HCl+H2 (In-situ-Ätzung). Chemische Reaktion des epitaktischen SiC-Kerns: SiH4+C3H8→SiC+Nebenprodukt (ca. 1650℃). SiC-Substrate müssen vor der SiC-Epitaxie nass gereinigt werden. Durch die Nassreinigung kann die Oberfläche des Substrats nach der mechanischen Behandlung verbessert und überschüssige Verunreinigungen durch mehrfache Oxidation und Reduktion entfernt werden. Dann kann die Verwendung von HCl+H2 den In-situ-Ätzeffekt verstärken, die Bildung von Si-Clustern wirksam hemmen, die Nutzungseffizienz der Si-Quelle verbessern und die Einkristalloberfläche schneller und besser ätzen, wodurch ein klarer Oberflächenwachstumsschritt entsteht, der das Wachstum beschleunigt Rate und reduziert wirksam SiC-Epitaxieschichtdefekte. Während HCl+H2 das SiC-Substrat in situ ätzt, führt es jedoch auch zu einer geringfügigen Korrosion der SiC-Beschichtung auf den Teilen (SiC+H2→SiH4+C). Da die SiC-Ablagerungen mit dem Epitaxieofen immer weiter zunehmen, hat diese Korrosion kaum Auswirkungen.

SiC ist ein typisches polykristallines Material. Die häufigsten Kristallstrukturen sind 3C-SiC, 4H-SiC und 6H-SiC, wobei 4H-SiC das Kristallmaterial ist, das in gängigen Geräten verwendet wird. Einer der Hauptfaktoren, die die Kristallform beeinflussen, ist die Reaktionstemperatur. Wenn die Temperatur unter einer bestimmten Temperatur liegt, werden leicht andere Kristallformen erzeugt. Die Reaktionstemperatur der in der Industrie weit verbreiteten 4H-SiC-Epitaxie beträgt 1550 bis 1650 °C. Wenn die Temperatur niedriger als 1550℃ ist, werden leicht andere Kristallformen wie 3C-SiC erzeugt. Allerdings ist 3C-SiC eine Kristallform, die häufig in SiC-Beschichtungen verwendet wird. Die Reaktionstemperatur von etwa 1600℃ hat die Grenze von 3C-SiC erreicht. Daher wird die Lebensdauer von SiC-Beschichtungen hauptsächlich durch die Reaktionstemperatur der SiC-Epitaxie begrenzt.

Da die Wachstumsrate von SiC-Ablagerungen auf SiC-Beschichtungen sehr schnell ist, muss die horizontale Heißwand-SiC-Epitaxieanlage abgeschaltet und die SiC-Beschichtungsteile im Inneren nach einer gewissen Zeit kontinuierlicher Produktion herausgenommen werden. Die überschüssigen Ablagerungen wie SiC auf den SiC-Beschichtungsteilen werden durch mechanische Reibung → Staubentfernung → Ultraschallreinigung → Hochtemperaturreinigung entfernt. Diese Methode beinhaltet viele mechanische Prozesse und kann leicht zu mechanischen Schäden an der Beschichtung führen.

Angesichts der vielen Probleme, mit denen wir konfrontiert sindSiC-Beschichtungin SiC-Epitaxieanlagen, kombiniert mit der hervorragenden Leistung der TaC-Beschichtung in SiC-Kristallwachstumsanlagen, wodurch die SiC-Beschichtung ersetzt wirdSiC-EpitaxieGeräte mit TaC-Beschichtung sind nach und nach in die Vision von Geräteherstellern und Gerätebenutzern gelangt. Einerseits hat TaC einen Schmelzpunkt von bis zu 3880℃ und ist beständig gegen chemische Korrosion wie NH3-, H2-, Si- und HCl-Dampf bei hohen Temperaturen und weist eine extrem hohe Hochtemperaturbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit auf. Andererseits ist die Wachstumsrate von SiC auf einer TaC-Beschichtung viel langsamer als die Wachstumsrate von SiC auf einer SiC-Beschichtung, was die Probleme großer herabfallender Partikelmengen und kurzer Wartungszyklen der Ausrüstung sowie überschüssiger Sedimente wie SiC lindern kann kann keine starke chemisch-metallurgische Grenzfläche bildenTaC-Beschichtung, und die überschüssigen Sedimente lassen sich leichter entfernen als homogen auf einer SiC-Beschichtung gewachsenes SiC.