Pourquoi le suscepteur en graphite recouvert de SiC échoue-t-il ? - Semi-conducteur VeTek

Analyse des facteurs de défaillance du suscepteur en graphite enduit de sic

Habituellement, les suscepteurs en graphite à revêtement épitaxial SiC sont souvent soumis à des contraintes externes.MPACT pendant l'utilisation, qui peut provenir du processus de manutention, du chargement et du déchargement ou de la collision humaine accidentelle. Mais le principal facteur d'impact provient toujours de la collision des plaquettes. Les substrats saphir et sic sont très difficiles. Le problème d'impact est particulièrement courant dans l'équipement MOCVD à grande vitesse, et la vitesse de son disque épitaxial peut atteindre jusqu'à 1000 tr / min. Pendant le démarrage, l'arrêt et le fonctionnement de la machine, en raison de l'effet de l'inertie, le substrat dur est souvent lancé et frappe la paroi latérale ou le bord de la fosse de disque épitaxiale, endommageant le revêtement SIC. En particulier pour la nouvelle génération de grands équipements MOCVD, le diamètre extérieur de son disque épitaxial est supérieur à 700 mm, et la forte force centrifuge rend la force d'impact du substrat plus grande et la puissance destructrice plus forte.

NH3 produit une grande quantité de H atomique après pyrolyse à haute température, et le H atomique a une forte réactivité au carbone dans la phase graphite. Lorsqu'il entre en contact avec le substrat de graphite exposé au niveau de la fissure, il gravera fortement le graphite, réagira pour générer des hydrocarbures gazeux (NH3+C→HCN+H2) et formera des trous de forage dans le substrat de graphite, ce qui donnera une structure de trou de forage typique comprenant un trou creux. zone et une zone de graphite poreux. Dans chaque processus d'épitaxie, les trous de forage libéreront continuellement une grande quantité d'hydrocarbures gazeux des fissures, se mélangeront à l'atmosphère du processus, affecteront la qualité des tranches épitaxiales cultivées par chaque épitaxie et provoqueront finalement la mise au rebut précoce du disque de graphite.

D'une manière générale, le gaz utilisé dans la plaque à pâtisserie est une petite quantité de H2 plus N2. H2 est utilisé pour réagir avec les dépôts à la surface du disque tels que AlN et AlGaN, et N2 est utilisé pour purger les produits de réaction. Cependant, les dépôts tels que les composants à haute teneur en Al sont difficiles à éliminer même à H2/1 300 ℃. Pour les produits LED ordinaires, une petite quantité de H2 peut être utilisée pour nettoyer la plaque de cuisson ; cependant, pour les produits ayant des exigences plus élevées, tels que les dispositifs d'alimentation GaN et les puces RF, le gaz Cl2 est souvent utilisé pour nettoyer la plaque de cuisson, mais le coût est que la durée de vie de la plaque est considérablement réduite par rapport à celle utilisée pour les LED. Étant donné que le Cl2 peut corroder le revêtement SiC à haute température (Cl2+SiC→SiCl4+C) et former de nombreux trous de corrosion et du carbone libre résiduel sur la surface, le Cl2 corrode d'abord les joints de grains du revêtement SiC, puis corrode les grains, ce qui entraîne une diminution de la résistance du revêtement jusqu'à la fissuration et la rupture.

Défaillance du gaz épitaxial SiC et du revêtement SiC

Le gaz épitaxial SIC comprend principalement H2 (en tant que gaz porteur), SIH4 ou SICL4 (fournissant une source SI), C3H8 ou CCL4 (fournissant une source C), N2 (fournissant une source n, pour le dopage), TMA (triméthyluminium, fournissant une source AL, pour le dopage pour le dopage ), HCL + H2 (gravure in situ). SIC Epitaxial Core Chemical Reaction: SIH4 + C3H8 → SIC + sous-produit (environ 1650 ℃). Les substrats SIC doivent être nettoyés humides avant l'épitaxy SIC. Le nettoyage humide peut améliorer la surface du substrat après un traitement mécanique et éliminer les impuretés excessives par une oxydation et une réduction multiples. Ensuite, en utilisant le HCL + H2, peut améliorer l'effet de gravure in situ, inhiber efficacement la formation de clusters SI, améliorer l'efficacité d'utilisation de la source de Si et gravir la surface monocristal taux et réduisant efficacement les défauts de la couche épitaxiale SIC. Cependant, alors que HCL + H2 grave le substrat SIC in situ, il entraînera également une petite quantité de corrosion au revêtement SIC sur les pièces (SIC + H2 → SIH4 + C). Étant donné que les dépôts SIC continuent d'augmenter avec le four épitaxial, cette corrosion a peu d'effet.

Le SiC est un matériau polycristallin typique. Les structures cristallines les plus courantes sont le 3C-SiC, le 4H-SiC et le 6H-SiC, parmi lesquels le 4H-SiC est le matériau cristallin utilisé par les appareils grand public. L’un des principaux facteurs affectant la forme cristalline est la température de réaction. Si la température est inférieure à une certaine température, d’autres formes cristallines seront facilement générées. La température de réaction de l'épitaxie 4H-SiC largement utilisée dans l'industrie est de 1 550 ~ 1 650 ℃. Si la température est inférieure à 1 550 ℃, d’autres formes cristallines telles que le 3C-SiC seront facilement générées. Cependant, le 3C-SiC est une forme cristalline couramment utilisée dans les revêtements SiC. La température de réaction d'environ 1 600 ℃ a atteint la limite du 3C-SiC. Par conséquent, la durée de vie des revêtements SiC est principalement limitée par la température de réaction de l’épitaxie SiC.

Étant donné que le taux de croissance des dépôts de SiC sur les revêtements SiC est très rapide, l'équipement épitaxial SiC à paroi chaude horizontale doit être arrêté et les pièces de revêtement SiC à l'intérieur doivent être retirées après une production continue pendant un certain temps. Les dépôts en excès tels que le SiC sur les pièces recouvertes de SiC sont éliminés par friction mécanique → dépoussiérage → nettoyage par ultrasons → purification à haute température. Cette méthode comporte de nombreux processus mécaniques et peut facilement causer des dommages mécaniques au revêtement.

Compte tenu des nombreux problèmes rencontrés parRevêtement sicDans un équipement épitaxial SIC, combiné avec les excellentes performances du revêtement TAC dans l'équipement de croissance des cristaux SIC, remplaçant le revêtement SICSIC épitaxialles équipements avec revêtement TaC sont progressivement entrés dans la vision des fabricants d'équipements et des utilisateurs d'équipements. D'une part, le TaC a un point de fusion allant jusqu'à 3 880 ℃ et résiste à la corrosion chimique telle que les vapeurs de NH3, H2, Si et HCl à haute température, et présente une résistance extrêmement forte aux températures élevées et à la corrosion. D'autre part, le taux de croissance du SiC sur le revêtement TaC est beaucoup plus lent que le taux de croissance du SiC sur le revêtement SiC, ce qui peut atténuer les problèmes liés à la chute d'une grande quantité de particules et au cycle de maintenance court des équipements, ainsi qu'à l'excès de sédiments tels que le SiC. ne peut pas former une interface métallurgique chimique forte avecrevêtement TaC, et les sédiments en excès sont plus faciles à éliminer que le SiC cultivé de manière homogène sur un revêtement SiC.