Зошто не успева графитниот сусцептор обложен со SiC? - Полупроводник VeTek

Анализа на фактори на неуспех на SiC обложен графит сусцептор

Вообичаено, епитаксијалните SiC обложени графитни сензори често се подложени на надворешни iвлијание за време на употребата, што може да дојде од процесот на ракување, товарање и растовар или ненамерен човечки судир. Но, главниот фактор на влијание сепак доаѓа од судирот на наполитанки. И супстратите од сафир и SiC се многу тврди. Проблемот со ударот е особено чест кај опремата MOCVD со голема брзина, а брзината на нејзиниот епитаксијален диск може да достигне до 1000 вртежи во минута. За време на стартувањето, исклучувањето и работата на машината, поради ефектот на инерција, тврдата подлога често се исфрла и удира во страничниот ѕид или работ на јамата на епитаксиалниот диск, предизвикувајќи оштетување на облогата на SiC. Специјално за новата генерација на голема опрема MOCVD, надворешниот дијаметар на неговиот епитаксијален диск е поголем од 700 mm, а силната центрифугална сила ја прави силата на ударот на подлогата поголема, а деструктивната моќ посилна.

NH3 произведува голема количина на атомски H по пиролиза на висока температура, а атомскиот H има силна реактивност на јаглерод во графитната фаза. Кога ќе стапи во контакт со изложената графитна подлога на пукнатината, тој силно ќе го гравира графитот, ќе реагира за да генерира гасовити јаглеводороди (NH3+C→HCN+H2) и ќе формира дупнатини во графитната подлога, што ќе резултира со типична структура на бушотини вклучувајќи шуплива област и порозна графитна област. Во секој епитаксијален процес, дупнатините континуирано ќе испуштаат големо количество на јаглеводороден гас од пукнатините, ќе се мешаат во атмосферата на процесот, ќе влијаат на квалитетот на епитаксијалните наполитанки кои се одгледуваат со секоја епитаксија и на крајот ќе предизвикаат рано отфрлање на графитниот диск.

Општо земено, гасот што се користи во садот за печење е мала количина H2 плус N2. H2 се користи за да реагира со наслаги на површината на дискот како што се AlN и AlGaN, а N2 се користи за прочистување на производите на реакцијата. Сепак, наслагите како што се компонентите со висока содржина на Al тешко се отстрануваат дури и на H2/1300℃. За обичните LED производи, мала количина H2 може да се користи за чистење на садот за печење; сепак, за производите со повисоки барања како што се уредите за напојување GaN и RF чиповите, гасот Cl2 често се користи за чистење на садот за печење, но цената е што векот на траење на садот е значително намален во споредба со оној што се користи за LED. Бидејќи Cl2 може да ја кородира SiC облогата на висока температура (Cl2+SiC→SiCl4+C) и да формира многу корозивни дупки и остаток на слободен јаглерод на површината, Cl2 прво ги кородира границите на зрната на SiC облогата, а потоа ги кородира зрната, што резултира со намалување на јачината на облогата до пукање и дефект.

SiC епитаксијален гас и дефект на облогата на SiC

SiC епитаксијалниот гас главно вклучува H2 (како гас-носител), SiH4 или SiCl4 (обезбедува извор на Si), C3H8 или CCl4 (обезбедува извор C), N2 (обезбедува извор N, за допинг), TMA (триметилалуминиум, обезбедува извор на Al, за допинг ), HCl+H2 (ин-situ офорт). Хемиска реакција на епитаксијално јадро на SiC: SiH4+C3H8→SiC+нуспроизвод (околу 1650℃). Подлогите на SiC мора да се исчистат влажно пред епитаксијата на SiC. Влажното чистење може да ја подобри површината на подлогата по механичка обработка и да ги отстрани вишокот нечистотии преку повеќекратна оксидација и редукција. Потоа, користењето на HCl+H2 може да го подобри ефектот на офорт in-situ, ефикасно да го инхибира формирањето на Si кластери, да ја подобри ефикасноста на искористувањето на изворот Si и да ја гравира единечна кристална површина побрзо и подобро, формирајќи јасен чекор на раст на површината, забрзувајќи го растот стапка, и ефикасно намалување на дефектите на епитаксијалниот слој на SiC. Меѓутоа, додека HCl+H2 ја гравира SiC подлогата in-situ, исто така ќе предизвика мала количина на корозија на SiC облогата на деловите (SiC+H2→SiH4+C). Бидејќи депозитите на SiC продолжуваат да се зголемуваат со епитаксијалната печка, оваа корозија има мал ефект.

SiC е типичен поликристален материјал. Најчестите кристални структури се 3C-SiC, 4H-SiC и 6H-SiC, меѓу кои 4H-SiC е кристалниот материјал што го користат главните уреди. Еден од главните фактори кои влијаат на кристалната форма е температурата на реакцијата. Ако температурата е пониска од одредена температура, лесно ќе се генерираат други кристални форми. Температурата на реакција на 4H-SiC епитаксијата широко користена во индустријата е 1550 ~ 1650 ℃. Ако температурата е пониска од 1550℃, лесно ќе се генерираат други кристални форми како 3C-SiC. Сепак, 3C-SiC е кристална форма која најчесто се користи во облогите на SiC. Температурата на реакцијата од околу 1600 ℃ ја достигна границата од 3C-SiC. Затоа, животниот век на облогите на SiC е главно ограничен од температурата на реакцијата на епитаксијата на SiC.

Бидејќи стапката на раст на депозитите на SiC на облогите на SiC е многу брза, хоризонталната епитаксијална опрема на SiC со топли ѕидови треба да се исклучи и деловите за обложување на SiC внатре треба да се извадат по континуирано производство за одреден временски период. Вишокот наслаги како што е SiC на деловите за обложување на SiC се отстрануваат со механичко триење → отстранување прашина → ултразвучно чистење → прочистување со висока температура. Овој метод има многу механички процеси и лесно може да предизвика механичко оштетување на облогата.

Со оглед на многуте проблеми со кои се соочуваSiC облогаво SiC епитаксијална опрема, во комбинација со одличните перформанси на TaC облогата во опремата за раст на SiC кристали, заменувајќи ја SiC облогата воSiC епитаксијаленопремата со TaC слој постепено влезе во визијата на производителите на опрема и корисниците на опремата. Од една страна, TaC има точка на топење до 3880℃ и е отпорен на хемиска корозија како што се NH3, H2, Si и HCl пареа на високи температури и има исклучително силна отпорност на висока температура и отпорност на корозија. Од друга страна, стапката на раст на SiC на облогата TaC е многу побавна од стапката на раст на SiC на облогата SiC, што може да ги ублажи проблемите со паѓање на голема количина честички и краток циклус на одржување на опремата, како и вишокот на седименти како што е SiC не може да формира силен хемиски металуршки интерфејс соTaC облога, а вишокот на седименти е полесно да се отстрани од SiC хомогено одгледуван на SiC облога.