Чому графітовий токоприймач із покриттям SiC виходить з ладу? - VeTek Semiconductor

Аналіз факторів відмов графітового токоприймача з SiC покриттям

Зазвичай епітаксійні графітові фіксатори з покриттям SiC часто піддаються зовнішньому iудар під час використання, який може виникнути в процесі транспортування, завантаження та розвантаження або випадкового зіткнення з людьми. Але головний впливовий фактор все ж походить від зіткнення пластин. І сапфірові, і SiC підкладки дуже тверді. Проблема удару особливо поширена у високошвидкісному обладнанні MOCVD, і швидкість його епітаксійного диска може досягати до 1000 об/хв. Під час запуску, зупинки та роботи машини через ефект інерції тверда підкладка часто відкидається та вдаряється об бічну стінку або край ями епітаксіального диска, спричиняючи пошкодження покриття SiC. Спеціально для нового покоління великого обладнання MOCVD зовнішній діаметр його епітаксіального диска перевищує 700 мм, а сильна відцентрова сила робить силу удару підкладки більшою та руйнівну силу сильнішою.

NH3 утворює велику кількість атомарного H після високотемпературного піролізу, і атомарний H має сильну реакційну здатність до вуглецю в графітній фазі. Коли він контактує з відкритою графітовою підкладкою в місці тріщини, він сильно травить графіт, реагує з утворенням газоподібних вуглеводнів (NH3+C→HCN+H2) і утворює отвори в графітовому субстраті, що призводить до типової структури свердловини, яка включає порожнисту область і область пористого графіту. Під час кожного епітаксійного процесу свердловини постійно виділяють велику кількість вуглеводневого газу з тріщин, змішуються з технологічною атмосферою, впливають на якість епітаксійних пластин, вирощених під час кожної епітаксії, і, нарешті, спричиняють передчасну злам графітового диска.

Взагалі кажучи, газ, який використовується для випікання, являє собою невелику кількість H2 плюс N2. H2 використовується для реакції з відкладеннями на поверхні диска, такими як AlN і AlGaN, а N2 використовується для очищення продуктів реакції. Однак такі відкладення, як компоненти з високим вмістом Al, важко видалити навіть при H2/1300 ℃. Для звичайних світлодіодних виробів можна використовувати невелику кількість H2 для очищення дека; однак для продуктів з вищими вимогами, таких як пристрої живлення GaN і радіочастотні мікросхеми, газ Cl2 часто використовується для очищення дека для випікання, але ціна полягає в тому, що термін служби лотка значно скорочується порівняно з тим, який використовується для світлодіодів. Оскільки Cl2 може роз’їдати покриття SiC при високій температурі (Cl2+SiC→SiCl4+C) і утворювати багато корозійних отворів і залишків вільного вуглецю на поверхні, Cl2 спочатку роз’їдає межі зерен покриття SiC, а потім роз’їдає зерна, що призводить до зниження міцності покриття аж до розтріскування і руйнування.

Епітаксійний газ SiC і пошкодження покриття SiC

Епітаксіальний газ SiC в основному включає H2 (як газ-носій), SiH4 або SiCl4 (забезпечуючи джерело Si), C3H8 або CCl4 (забезпечуючи джерело C), N2 (забезпечуючи джерело N, для легування), TMA (забезпечуючи джерело Al, для легування). ), HCl+H2 (травлення на місці). Хімічна реакція епітаксіального ядра SiC: SiH4+C3H8→SiC+побічний продукт (приблизно 1650 ℃). Перед епітаксією SiC підкладки необхідно волого очистити. Вологе очищення може покращити поверхню основи після механічної обробки та видалити надлишки домішок шляхом багаторазового окислення та відновлення. Тоді використання HCl+H2 може посилити ефект травлення на місці, ефективно пригнічувати утворення кластерів кремнію, покращувати ефективність використання джерела кремнію та швидше та краще травити поверхню монокристала, утворюючи чітку стадію росту поверхні, прискорюючи ріст швидкість та ефективне зменшення дефектів епітаксійного шару SiC. Однак, хоча HCl+H2 травить підкладку SiC на місці, це також спричинить невелику кількість корозії покриття SiC на частинах (SiC+H2→SiH4+C). Оскільки відкладення SiC продовжують збільшуватися в епітаксіальній печі, ця корозія мало впливає.

SiC є типовим полікристалічним матеріалом. Найпоширенішими кристалічними структурами є 3C-SiC, 4H-SiC і 6H-SiC, серед яких 4H-SiC є кристалічним матеріалом, який використовується в основних пристроях. Одним з основних факторів, що впливають на кристалічну форму, є температура реакції. Якщо температура нижча за певну температуру, інші форми кристалів будуть легко створені. Температура реакції епітаксії 4H-SiC, яка широко використовується в промисловості, становить 1550~1650 ℃. Якщо температура нижча за 1550 ℃, інші кристалічні форми, такі як 3C-SiC, будуть легко створені. Однак 3C-SiC є кристалічною формою, яка зазвичай використовується в покриттях SiC. Температура реакції близько 1600 ℃ досягла межі 3C-SiC. Тому термін служби покриттів SiC в основному обмежений температурою реакції епітаксії SiC.

Оскільки швидкість зростання відкладень SiC на покриттях SiC є дуже швидкою, горизонтальне епітаксіальне обладнання SiC з гарячою стінкою має бути закрито, а частини покриття SiC, що знаходяться всередині, повинні бути вилучені після безперервного виробництва протягом певного періоду часу. Надмірні відкладення, такі як SiC, на частинах покриття SiC видаляються шляхом механічного тертя → видалення пилу → ультразвукове очищення → високотемпературне очищення. Цей метод має багато механічних процесів і легко завдати механічних пошкоджень покриттю.

Зважаючи на численні проблеми, з якими стикаєтьсяSiC покриттяв епітаксійному обладнанні SiC у поєднанні з чудовими характеристиками покриття TaC в обладнанні для вирощування кристалів SiC, що замінює покриття SiC уSiC епітаксіальнийобладнання з покриттям TaC поступово увійшло в поле зору виробників обладнання та користувачів обладнання. З одного боку, TaC має температуру плавлення до 3880 ℃ і стійкий до хімічної корозії, такої як NH3, H2, Si та пари HCl за високих температур, і має надзвичайно сильну стійкість до високих температур і корозії. З іншого боку, швидкість росту SiC на покритті TaC набагато повільніша, ніж швидкість росту SiC на покритті SiC, що може полегшити проблеми, пов’язані з падінням великої кількості частинок і коротким циклом обслуговування обладнання, а також надлишковими відкладеннями, такими як SiC. не може утворювати міцну хімічну металургійну взаємодію зПокриття TaC, а надлишки відкладень легше видалити, ніж SiC, гомогенно вирощений на SiC покритті.