¿Por qué falla el susceptor de grafito recubierto de SiC? - VeTek Semiconductor

Análisis de factores de falla del susceptor de grafito recubierto de SiC

Por lo general, los susceptores de grafito recubiertos de SIC epitaxiales a menudo se someten a I externo IMPACT durante el uso, que puede provenir del proceso de manejo, carga y descarga, o colisión humana accidental. Pero el principal factor de impacto aún proviene de la colisión de obleas. Tanto el zafiro como los sustratos SIC son muy difíciles. El problema de impacto es especialmente común en los equipos MOCVD de alta velocidad, y la velocidad de su disco epitaxial puede alcanzar hasta 1000 rpm. Durante el arranque, apagado y operación de la máquina, debido al efecto de la inercia, el sustrato duro a menudo se arroja y golpea la pared lateral o el borde del pozo de disco epitaxial, lo que causa daños al recubrimiento SIC. Especialmente para la nueva generación de grandes equipos de MOCVD, el diámetro exterior de su disco epitaxial es mayor de 700 mm, y la fuerza centrífuga fuerte hace que la fuerza de impacto del sustrato sea mayor y la potencia destructiva más fuerte.

NH3 produce una gran cantidad de H atómica después de la pirólisis a alta temperatura, y Atomic H tiene una fuerte reactividad al carbono en la fase de grafito. Cuando se pone en contacto con el sustrato de grafito expuesto en la grieta, grabará fuertemente el grafito, reaccionará para generar hidrocarburos gaseosos (NH3+C → HCN+H2) y formar pozos de perforación en el sustrato de grafito, lo que resulta en una estructura de agujero típica que incluye un hueco vacil área y un área de grafito poroso. En cada proceso epitaxial, los pozos liberarán continuamente una gran cantidad de gas de hidrocarburos de las grietas, se mezclarán en la atmósfera del proceso, afectan la calidad de las obleas epitaxiales cultivadas por cada epitaxia y finalmente causan que el disco de grafito se elimine temprano.

En términos generales, el gas utilizado en la bandeja para hornear es una pequeña cantidad de H2 más N2. El H2 se usa para reaccionar con depósitos en la superficie del disco, como AlN y AlGaN, y N2 se usa para purgar los productos de la reacción. Sin embargo, los depósitos como los componentes con alto contenido de Al son difíciles de eliminar incluso a H2/1300 ℃. Para productos LED normales, se puede utilizar una pequeña cantidad de H2 para limpiar la bandeja para hornear; sin embargo, para productos con requisitos más altos, como dispositivos de potencia GaN y chips RF, a menudo se usa gas Cl2 para limpiar la bandeja para hornear, pero el costo es que la vida útil de la bandeja se reduce considerablemente en comparación con la que se usa para LED. Debido a que el Cl2 puede corroer el recubrimiento de SiC a alta temperatura (Cl2+SiC→SiCl4+C) y formar muchos agujeros de corrosión y carbono libre residual en la superficie, el Cl2 primero corroe los límites de los granos del recubrimiento de SiC y luego corroe los granos, lo que resulta en una disminución en la resistencia del recubrimiento hasta el agrietamiento y falla.

SIC Epitaxial Gas y Falla de recubrimiento SIC

El gas epitaxial SIC incluye principalmente H2 (como gas portador), SiH4 o SICL4 (proporcionando fuente SI), C3H8 o CCL4 (proporcionando una fuente C), N2 (proporcionando N. ), HCl+H2 (grabado in situ). Reacción química del núcleo epitaxial SIC: SiH4+C3H8 → Sic+subproducto (alrededor de 1650 ℃). Los sustratos SIC deben limpiarse antes de la epitaxia SIC. La limpieza húmeda puede mejorar la superficie del sustrato después del tratamiento mecánico y eliminar las impurezas excesivas a través de la oxidación y reducción múltiples. Luego, el uso de HCl+H2 puede mejorar el efecto de grabado in situ, inhibir efectivamente la formación de grupos de Si, mejorar la eficiencia de utilización de la fuente de Si y grabar la superficie de cristal único más rápido y mejor, formando un paso de crecimiento de superficie claro, acelerando el crecimiento del crecimiento tasa, y reduciendo efectivamente los defectos de la capa epitaxial SIC. Sin embargo, mientras que HCl+H2 graba el sustrato SIC in situ, también causará una pequeña cantidad de corrosión al recubrimiento SIC en las partes (SIC+H2 → SiH4+C). Dado que los depósitos SIC continúan aumentando con el horno epitaxial, esta corrosión tiene poco efecto.

El SiC es un material policristalino típico. Las estructuras cristalinas más comunes son 3C-SiC, 4H-SiC y 6H-SiC, entre las cuales 4H-SiC es el material cristalino utilizado por los dispositivos convencionales. Uno de los principales factores que afectan la forma cristalina es la temperatura de reacción. Si la temperatura es inferior a cierta temperatura, se generarán fácilmente otras formas cristalinas. La temperatura de reacción de la epitaxia 4H-SiC ampliamente utilizada en la industria es de 1550 ~ 1650 ℃. Si la temperatura es inferior a 1550 ℃, se generarán fácilmente otras formas cristalinas como el 3C-SiC. Sin embargo, el 3C-SiC es una forma cristalina comúnmente utilizada en recubrimientos de SiC. La temperatura de reacción de aproximadamente 1600 ℃ ha alcanzado el límite de 3C-SiC. Por lo tanto, la vida útil de los recubrimientos de SiC está limitada principalmente por la temperatura de reacción de la epitaxia de SiC.

Dado que la tasa de crecimiento de los depósitos de SIC en los recubrimientos SIC es muy rápida, el equipo epitaxial SIC de pared caliente horizontal debe apagarse y las piezas de recubrimiento SIC dentro deben retirarse después de la producción continua por un período de tiempo. Los depósitos excesivos como SIC en las partes de recubrimiento SIC se eliminan por fricción mecánica → eliminación de polvo → limpieza ultrasónica → purificación de alta temperatura. Este método tiene muchos procesos mecánicos y es fácil de causar daños mecánicos al recubrimiento.

En vista de los muchos problemas que enfrentanRecubrimiento de SiCen equipos epitaxiales de SiC, combinado con el excelente rendimiento del recubrimiento de TaC en equipos de crecimiento de cristales de SiC, reemplazando el recubrimiento de SiC enepitaxial de SiCEl equipo con recubrimiento TAC ha ingresado gradualmente la visión de los fabricantes de equipos y usuarios de equipos. Por un lado, TAC tiene un punto de fusión de hasta 3880 ℃, y es resistente a la corrosión química, como el vapor NH3, H2, Si y HCl a altas temperaturas, y tiene resistencia de temperatura y resistencia de corrosión extremadamente fuerte. Por otro lado, la tasa de crecimiento de SIC en el recubrimiento de TAC es mucho más lenta que la tasa de crecimiento de SIC en el recubrimiento SIC, lo que puede aliviar los problemas de gran cantidad de partículas que caen y el ciclo de mantenimiento de equipos cortos, y el exceso de sedimentos como SIC como SIC no puede formar una interfaz metalúrgica química fuerte conrevestimiento de TaC, y el exceso de sedimentos es más fácil de eliminar que el SiC cultivado homogéneamente sobre un recubrimiento de SiC.