Perché il suscettore di grafite con rivestimento SIC fallisce? - VETEK Semiconductor

Analisi dei fattori di guasto del suscettore in grafite rivestito in SiC

Di solito, i suscettori di grafite rivestiti con SIC epitassiale sono spesso sottoposti a i esterniMPACT durante l'uso, che può provenire dal processo di gestione, caricamento e scarico o collisione umana accidentale. Ma il principale fattore di impatto proviene ancora dalla collisione dei wafer. Entrambi i substrati Sapphire e SIC sono molto difficili. Il problema dell'impatto è particolarmente comune nelle apparecchiature MOCVD ad alta velocità e la velocità del suo disco epitassiale può raggiungere fino a 1000 giri / min. Durante l'avvio, l'arresto e il funzionamento della macchina, a causa dell'effetto dell'inerzia, il substrato duro viene spesso gettato e colpisce la parete laterale o il bordo della fossa del disco epitassiale, causando danni al rivestimento SIC. Soprattutto per la nuova generazione di grandi apparecchiature MOCVD, il diametro esterno del suo disco epitassiale è maggiore di 700 mm e la forte forza centrifuga rende la forza di impatto del substrato maggiore e il potere distruttivo più forte.

L'NH3 produce una grande quantità di H atomico dopo la pirolisi ad alta temperatura e l'H atomico ha una forte reattività al carbonio nella fase di grafite. Quando entra in contatto con il substrato di grafite esposto in corrispondenza della fessura, inciderà fortemente la grafite, reagirà per generare idrocarburi gassosi (NH3+C→HCN+H2) e formerà fori nel substrato di grafite, risultando in una tipica struttura del foro che include una cavità area e un'area porosa di grafite. In ciascun processo epitassiale, i fori rilasciano continuamente una grande quantità di gas idrocarburico dalle fessure, si mescolano nell'atmosfera del processo, influenzano la qualità dei wafer epitassiali cresciuti da ciascuna epitassia e infine provocano la demolizione anticipata del disco di grafite.

In generale, il gas utilizzato nella teglia è una piccola quantità di H2 Plus N2. H2 viene utilizzato per reagire con depositi sulla superficie del disco come Aln e Algan e N2 viene utilizzato per eliminare i prodotti di reazione. Tuttavia, i depositi come i componenti AL elevati sono difficili da rimuovere anche a H2/1300 ℃. Per i normali prodotti a LED, è possibile utilizzare una piccola quantità di H2 per pulire il vassoio da forno; Tuttavia, per i prodotti con requisiti più elevati come dispositivi di alimentazione GAN e chip RF, il gas CL2 viene spesso utilizzato per pulire il vassoio da forno, ma il costo è che la durata del vassoio è notevolmente ridotta rispetto a quella utilizzata per il LED. Poiché Cl2 può corrodere il rivestimento SIC ad alta temperatura (Cl2+SIC → SICL4+C) e forma molti fori di corrosione e carbonio libero residuo sulla superficie, Cl2 corrode innanzitutto i confini del grano del rivestimento SIC, quindi corrode i grani, risultando una diminuzione della resistenza al rivestimento fino a quando si rompe e fallimento.

Sic Epitassiale Gas e SIC Coating Failure

Il gas epitassiale SIC include principalmente H2 (come gas di trasporto), SIH4 o SICL4 (che fornisce sorgente SI), C3H8 o CCL4 (che fornisce sorgente C), N2 (che fornisce una sorgente N, per il doping), TMA (trimetilaluminum, fornendo sorgente AL, per il doping ), HCl+H2 (incisione in situ). SIC Reazione chimica del nucleo epitassiale: sih4+C3H8 → sottoprodotto SIC+(circa 1650 ℃). I substrati SIC devono essere puliti bagnati prima dell'epitassia SIC. La pulizia a umido può migliorare la superficie del substrato dopo il trattamento meccanico e rimuovere le impurità in eccesso attraverso l'ossidazione e la riduzione multipla. Quindi l'uso di HCl+H2 può migliorare l'effetto di incisione in situ, inibire efficacemente la formazione di cluster SI, migliorare l'efficienza di utilizzo della fonte Si e incidere più velocemente e meglio la superficie di cristallo singolo, formando una fase di crescita della superficie chiara, accelerando la crescita valutare e ridurre efficacemente i difetti dello strato epitassiale SIC. Tuttavia, mentre HCl+H2 incide il substrato SiC in situ, causerà anche una piccola quantità di corrosione al rivestimento SIC sulle parti (SIC+H2 → Sih4+C). Poiché i depositi SIC continuano ad aumentare con la fornace epitassiale, questa corrosione ha scarso effetto.

SIC è un tipico materiale policristallino. Le strutture cristalline più comuni sono 3C-SIC, 4H-SIC e 6H-SIC, tra cui 4H-SIC il materiale cristallino utilizzato dai dispositivi tradizionali. Uno dei principali fattori che influenzano la forma del cristallo è la temperatura di reazione. Se la temperatura è inferiore a una determinata temperatura, altre forme di cristallo verranno facilmente generate. La temperatura di reazione dell'epitassia 4H-SIC ampiamente utilizzata nel settore è 1550 ~ 1650 ℃. Se la temperatura è inferiore a 1550 ℃, altre forme di cristallo come 3C-SIC saranno facilmente generate. Tuttavia, 3C-SIC è una forma cristallina comunemente usata nei rivestimenti SIC. La temperatura di reazione di circa 1600 ℃ ha raggiunto il limite di 3C-SIC. Pertanto, la vita dei rivestimenti SIC è principalmente limitata dalla temperatura di reazione dell'epitassia SIC.

Poiché il tasso di crescita dei depositi SIC sui rivestimenti SIC è molto veloce, le attrezzature epitassiali SIC a parete calda orizzontale devono essere chiuse e le parti di rivestimento SIC all'interno devono essere eliminate dopo una produzione continua per un periodo di tempo. I depositi in eccesso come SIC sulle parti di rivestimento SIC vengono rimossi mediante attrito meccanico → Rimozione della polvere → pulizia ad ultrasuoni → purificazione ad alta temperatura. Questo metodo ha molti processi meccanici ed è facile causare danni meccanici al rivestimento.

In considerazione dei numerosi problemi affrontati daRivestimento sicnelle apparecchiature epitassiali SIC, combinate con le eccellenti prestazioni del rivestimento TAC nelle apparecchiature di crescita dei cristalli SIC, sostituendo il rivestimento SIC inSic epitassialiLe attrezzature con rivestimento TAC sono entrate gradualmente nella visione dei produttori di attrezzature e degli utenti delle attrezzature. Da un lato, TAC ha un punto di fusione fino a 3880 ℃ ed è resistente alla corrosione chimica come NH3, H2, Si e vapore HCl ad alte temperature e ha una resistenza ad alta temperatura e una resistenza alla corrosione estremamente forte. D'altra parte, il tasso di crescita del SIC sul rivestimento TAC è molto più lento del tasso di crescita di SIC sul rivestimento SIC, che può alleviare i problemi di una grande quantità di caduta di particelle e del ciclo di manutenzione a corto attrezzatura e gli eccessi di sedimenti come SIC non può formare una forte interfaccia metallurgica chimica conRivestimento TACe i sedimenti in eccesso sono più facili da rimuovere rispetto a SIC omogeneo coltivato sul rivestimento SIC.