Miks ränikarbiidiga kaetud grafiidisusceptor ebaõnnestub? - VeTeki pooljuht

SiC-kattega grafiidisusseptori rikketegurite analüüs

Tavaliselt allutatakse epitaksiaalse SiC-ga kaetud grafiit-sustseptoritele sageli väliseid ikokkupõrge kasutamise ajal, mis võib tuleneda käsitsemisprotsessist, peale- ja mahalaadimisest või juhuslikust kokkupõrkest inimesega. Kuid peamine mõjutegur tuleb ikkagi vahvlite kokkupõrkest. Nii safiir kui ka SiC substraadid on väga kõvad. Löögiprobleem on eriti levinud kiirete MOCVD seadmete puhul ning selle epitaksiaalketta kiirus võib ulatuda kuni 1000 p/min. Masina käivitamise, seiskamise ja töötamise ajal paiskub inertsi mõjul kõva substraat sageli ja põrkab vastu epitaksiaalse ketta süvendi külgseina või serva, põhjustades ränikarbiidi katte kahjustusi. Eriti uue põlvkonna suurte MOCVD-seadmete puhul on selle epitaksiaalse ketta välisläbimõõt suurem kui 700 mm ja tugev tsentrifugaaljõud muudab substraadi löögijõu suuremaks ja hävitava jõu tugevamaks.

NH3 tekitab pärast kõrgtemperatuurset pürolüüsi suures koguses aatomi H ja aatom H reageerib grafiidifaasis tugevasti süsiniku suhtes. Kui see puutub kokku praos avatud grafiidist substraadiga, söövitab see tugevalt grafiiti, reageerib gaasiliste süsivesinike (NH3+C→HCN+H2) tekkeks ja moodustab grafiidisubstraadis puurauke, mille tulemuseks on tüüpiline puuraugu struktuur, mis sisaldab õõnsust. ala ja poorne grafiidipiirkond. Igas epitaksiaalses protsessis vabastavad puuraugud pragudest pidevalt suurel hulgal süsivesinikgaasi, segunevad protsessi atmosfääri, mõjutavad iga epitaksikaga kasvatatud epitaksiaalsete vahvlite kvaliteeti ja lõpuks põhjustavad grafiitketta varajase lammutamise.

Üldiselt on küpsetusplaadis kasutatav gaas väike kogus H2 pluss N2. H2 kasutatakse reageerimiseks ketta pinnal olevate ladestustega, nagu AlN ja AlGaN, ja N2 kasutatakse reaktsiooniproduktide puhastamiseks. Siiski on sadestusi, nagu kõrge Al-sisaldusega komponente, raske eemaldada isegi temperatuuril H2/1300 ℃. Tavaliste LED-toodete puhul võib küpsetusplaadi puhastamiseks kasutada väikest kogust H2; kõrgemate nõudmistega toodete puhul, nagu GaN-toiteseadmed ja RF-kiibid, kasutatakse küpsetusplaadi puhastamiseks sageli gaasi Cl2, kuid selle maksumus on see, et plaadi eluiga on LED-iga võrreldes oluliselt lühem. Kuna Cl2 võib kõrgel temperatuuril (Cl2+SiC→SiCl4+C) korrodeerida SiC katet ning moodustada pinnale palju korrosiooniauke ja vaba süsiniku jääkaineid, korrodeerib Cl2 esmalt SiC katte terapiirid ja seejärel terad, mille tulemuseks on katte tugevuse vähenemine kuni pragunemiseni ja purunemiseni.

SiC epitaksiaalgaasi ja SiC katte rike

SiC epitaksiaalne gaas sisaldab peamiselt H2 (kandegaasina), SiH4 või SiCl4 (pakkudes Si allikat), C3H8 või CCl4 (pakkudes C allikat), N2 (annab lämmastikuallikat, dopinguks), TMA (trimetüülalumiinium, pakub Al allikat, dopinguks) ), HCl+H2 (in-situ söövitus). SiC epitaksiaalse tuuma keemiline reaktsioon: SiH4+C3H8→SiC+kõrvalsaadus (umbes 1650 ℃). SiC substraate tuleb enne SiC epitakseerimist märgpuhastada. Märgpuhastus võib parandada substraadi pinda pärast mehaanilist töötlemist ja eemaldada liigsed lisandid mitmekordse oksüdatsiooni ja redutseerimise kaudu. Seejärel võib HCl + H2 kasutamine suurendada in situ söövitusefekti, pärssida tõhusalt Si klastrite moodustumist, parandada Si allika kasutamise efektiivsust ja söövitada monokristalli pind kiiremini ja paremini, moodustades selge pinna kasvuetapi, kiirendades kasvu. kiirust ja tõhusalt SiC epitaksiaalse kihi defektide vähendamist. Kuigi HCl+H2 söövitab SiC substraadi in situ, põhjustab see ka osade SiC katte vähesel määral korrosiooni (SiC+H2→SiH4+C). Kuna ränidioksiidi ladestused suurenevad koos epitaksiaalse ahjuga, on sellel korrosioonil vähe mõju.

SiC on tüüpiline polükristalliline materjal. Levinuimad kristallstruktuurid on 3C-SiC, 4H-SiC ja 6H-SiC, millest 4H-SiC on tavaseadmetes kasutatav kristallmaterjal. Üks peamisi kristallivormi mõjutavaid tegureid on reaktsiooni temperatuur. Kui temperatuur on teatud temperatuurist madalam, tekivad kergesti muud kristallivormid. Tööstuses laialdaselt kasutatava 4H-SiC epitaksi reaktsioonitemperatuur on 1550–1650 ℃. Kui temperatuur on madalam kui 1550 ℃, tekivad kergesti muud kristallivormid, näiteks 3C-SiC. 3C-SiC on aga kristallvorm, mida tavaliselt kasutatakse ränikarbiidi katetes. Reaktsioonitemperatuur umbes 1600 ℃ on jõudnud 3C-SiC piirini. Seetõttu piirab SiC katete eluiga peamiselt SiC epitaksi reaktsioonitemperatuur.

Kuna ränikarbiidi sademete kasvukiirus ränikarbiidi katetel on väga kiire, tuleb horisontaalse kuumseina ränidioksiidi epitaksiaalseadmed sulgeda ja sees olevad ränikarbiidi katte osad pärast pidevat tootmist teatud aja jooksul välja võtta. Üleliigsed sadestused, näiteks SiC, eemaldatakse mehaanilise hõõrdumise teel → tolmu eemaldamine → ultrahelipuhastus → puhastamine kõrgel temperatuuril. Sellel meetodil on palju mehaanilisi protsesse ja see võib kergesti tekitada katte mehaanilisi kahjustusi.

Arvestades paljusid probleeme, millega silmitsi seisavadSiC kateSiC epitaksiaalseadmetes koos TaC katte suurepärase jõudlusega SiC kristallide kasvatamise seadmetes, asendades SiC katteSiC epitaksiaalneTaC-kattega seadmed on järk-järgult jõudnud seadmete tootjate ja seadmete kasutajate visiooni. Ühest küljest on TaC sulamistemperatuur kuni 3880 ℃ ja see on vastupidav keemilisele korrosioonile, nagu NH3, H2, Si ja HCl aur kõrgetel temperatuuridel, ning sellel on äärmiselt tugev kõrge temperatuurikindlus ja korrosioonikindlus. Teisest küljest on ränikarbiidi kasvukiirus TaC-kattel palju aeglasem kui SiC-kattel, mis võib leevendada suure hulga osakeste langemise ja seadmete lühikese hooldustsükli ning liigsete setete (nt ränikarbiidi) probleeme. ei suuda moodustada tugevat keemilist metallurgilist liidestTaC kate, ja liigseid setteid on lihtsam eemaldada kui SiC-kattel homogeenselt kasvatatud SiC.