Miksi sic -päällystetty grafiittialkeja epäonnistuu? - Vetek -puolijohde

Piikarbidilla päällystetyn grafiittisuskeptorin epäonnistumistekijöiden analyysi

Yleensä epitaksiaaliset SiC-pinnoitetut grafiittisuskeptorit altistetaan usein ulkoisille iMPACT käytön aikana, joka voi tulla käsittelyprosessista, lastaamisesta ja purkamisesta tai vahingossa tapahtuvasta ihmisen törmäyksestä. Mutta päävaikutuskerroin tulee silti kiekkojen törmäyksestä. Sekä safiiri- että sic -substraatit ovat erittäin kovia. Vaikutusongelma on erityisen yleinen nopeassa MOCVD-laitteessa, ja sen epitaksiaalilevyn nopeus voi olla jopa 1000 rpm. Koneen käynnistyksen, sammutuksen ja käytön aikana hitauden vaikutuksen vuoksi kova substraatti heitetään usein ja osuu epitaksiaalilevykuopan sivuseinämään tai reunaan aiheuttaen vaurioita sic-päällysteelle. Erityisesti suurten MOCVD -laitteiden uuden sukupolven kannalta sen epitaksiaalilevyn ulkoreunanhalkaisija on suurempi kuin 700 mm, ja voimakas keskipakovoima tekee substraatin vaikutusvoimasta suuremman ja tuhoisan voiman vahvemman.

N Kun se koskettaa paljaasta grafiittialusta halkeamassa, se syövyttää voimakkaasti grafiittia, reagoi tuottamaan kaasumaisia ​​hiilivetyjä (NH3+C → HCN+H2) ja muodostaa porausreikiä grafiittialustassa, mikä johtaa tyypilliseen reikarakenteeseen, mukaan lukien Hollow Alue ja huokoinen grafiittialue. Jokaisessa epitaksiaalisessa prosessissa porausreiät vapauttavat jatkuvasti suuren määrän hiilivetykaasua halkeamista, sekoittuvat prosessin ilmakehään, vaikuttavat epitaksiaalisten kiekkojen laatuun, jota jokainen epitaksi kasvattaa ja saa lopulta grafiittikierron romuttamaan varhain.

Yleisesti ottaen leivinalustassa käytetty kaasu on pieni määrä H2 Plus N2. H2: ta käytetään reagoimaan levyn pinnalla olevien kerrostumien kanssa, kuten ALN ​​ja Algan, ja N2: ta käytetään reaktiotuotteiden puhdistamiseen. Talletuksia, kuten korkeita AL -komponentteja, on kuitenkin vaikea poistaa jopa H2/1300 ℃: lla. Tavallisille LED -tuotteille pientä määrää H2: ta voidaan käyttää leivinalustan puhdistamiseen; Tuoteille, joilla on korkeammat vaatimukset, kuten GAN -voimalaitteet ja RF -sirut, CL2 -kaasua käytetään usein leivinlokeron puhdistamiseen, mutta kustannukset ovat, että lokeron käyttöikä on huomattavasti pienentynyt verrattuna LEDille käytettyihin. Koska CL2 voi syöpätä sic -pinnoitetta korkeassa lämpötilassa (Cl2+sic → SiCl4+C) ja muodostaa monia korroosioreikiä ja jäännösvapaa hiiltä pinnalle, CL2 syöttää ensin sic -pinnoitteen rajat ja syövyttää sitten jyvät, mikä johtaa siihen, mikä johtaa siihen pinnoituslujuuden väheneminen halkeamiseen ja epäonnistumiseen saakka.

SiC epitaksiaalikaasun ja piikarbidin pinnoitteen vika

SiC-epitaksiaalikaasu sisältää pääasiassa H2:n (kantokaasuna), SiH4:n tai SiCl4:n (tarjoaa Si-lähteen), C3H8:n tai CCl4:n (tarjoaa C-lähteen), N2:n (tarjoaa typen lähteen, seostukseen), TMA:n (trimetyylialumiini, tarjoaa Al-lähteen, seostukseen). ), HCl+H2 (in situ -etsaus). SiC epitaksiaalinen ydinkemiallinen reaktio: SiH4+C3H8→SiC+sivutuote (noin 1650 ℃). SiC-substraatit on märkäpuhdistettava ennen piikarbidin epitaksia. Märkäpuhdistus voi parantaa alustan pintaa mekaanisen käsittelyn jälkeen ja poistaa ylimääräiset epäpuhtaudet moninkertaisen hapettumisen ja pelkistyksen avulla. Sitten HCl+H2:n käyttö voi parantaa in situ -etsausvaikutusta, estää tehokkaasti Si-klustereiden muodostumista, parantaa Si-lähteen käyttötehokkuutta ja syövyttää yksikidepinnan nopeammin ja paremmin, muodostaen selkeän pinnan kasvuvaiheen, nopeuttaen kasvua. nopeutta ja vähentää tehokkaasti piikarbidin epitaksiaalikerroksen vikoja. Vaikka HCl+H2 syövyttää SiC-substraatin in situ, se aiheuttaa myös pienen määrän korroosiota osien SiC-pinnoitteeseen (SiC+H2→SiH4+C). Koska piikarbidikertymät kasvavat edelleen epitaksiaalisen uunin mukana, tällä korroosiolla on vain vähän vaikutusta.

SiC on tyypillinen monikiteinen materiaali. Yleisimmät kiderakenteet ovat 3c-sic, 4h-sic ja 6h-sic, joista 4H-SIC on kidemateriaali, jota valtavirran laitteet käyttävät. Yksi tärkeimmistä kidemuotoon vaikuttavista tekijöistä on reaktiolämpötila. Jos lämpötila on alhaisempi kuin tietty lämpötila, muut kidemuodot syntyvät helposti. 4H-SIC-epitaksin reaktiolämpötila, jota käytetään laajalti teollisuudessa, on 1550 ~ 1650 ℃. Jos lämpötila on alle 1550 ℃, muut kidemuodot, kuten 3c-sic, syntyy helposti. 3C-SIC on kuitenkin kidemuoto, jota käytetään yleisesti sic-pinnoitteissa. Noin 1600 ℃: n reaktiolämpötila on saavuttanut 3C-sic: n rajan. Siksi sic -pinnoitteiden elämää rajoittaa pääasiassa sic -epitaksin reaktiolämpötila.

Koska piikarbidikerrostumien kasvunopeus piikarbidipinnoitteilla on erittäin nopea, vaakasuora kuumaseinämän SiC-epitaksiaalilaitteisto on sammutettava ja sisällä olevat piikarbidipinnoiteosat on poistettava jatkuvan tuotannon jälkeen. Ylimääräiset kerrostumat, kuten piikarbidi, SiC-pinnoiteosissa poistetaan mekaanisella kitkalla → pölynpoisto → ultraäänipuhdistus → korkealämpötilapuhdistus. Tällä menetelmällä on monia mekaanisia prosesseja ja se on helppo aiheuttaa mekaanisia vaurioita pinnoitteelle.

Ottaen huomioon monet kohtaamat ongelmatSic -pinnoitesic -epitaksiaalilaitteissa yhdistettynä TAC -pinnoitteen erinomaiseen suorituskykyyn SIC -kidekasvulaitteissa, korvaamalla sic -pinnoiteSic -epitaksiaalinenTAC -pinnoitteilla varustetut laitteet ovat vähitellen tulleet laitteiden valmistajien ja laitteiden käyttäjien visioon. Toisaalta TAC: n sulatuspiste on jopa 3880 ℃, ja se on resistentti kemialliselle korroosiolle, kuten NH3, H2, Si ja HCl -höyry korkeissa lämpötiloissa, ja sillä on erittäin voimakas korkea lämpötilan vastus ja korroosionkestävyys. Toisaalta SIC: n kasvunopeus TAC -pinnoitteessa on paljon hitaampaa kuin sic -pinnoitteen SIC: n kasvunopeus, joka voi lievittää suuren määrän hiukkasten putoamista ja lyhyiden laitteiden ylläpitojaksoa, ja ylimääräiset sedimentit, kuten sic ei voi muodostaa vahvaa kemiallista metallurgista rajapintaaTAC -päällyste, ja ylimääräiset sedimentit on helpompi poistaa kuin piikarbidi, joka on kasvatettu homogeenisesti piikarbidipinnoitteella.