Miks ränikarbiidiga kaetud grafiidisusseptor ebaõnnestub? - VeTeki pooljuht

SIC -kaetud grafiidi vastuvõtja rikkefaktorite analüüs

Tavaliselt allutatakse epitaksiaalsete sic -ga kaetud grafiidiperioodidele sageli välisele IMPACT kasutamise ajal, mis võib tuleneda käitlemisprotsessist, laadimisest ja mahalaadimisest või juhuslikust kokkupõrkest. Kuid peamine mõjutegur tuleneb endiselt vahvlite kokkupõrkest. Nii safiir kui ka SIC substraadid on väga rasked. Löögiprobleem on eriti tavaline kiirete MOCVD-seadmete puhul ja selle epitaksiaalse ketta kiirus võib ulatuda kuni 1000 p / min. Masina käivitamise, sulgemise ja käitamise ajal visatakse kõvaks substraati sageli ja tabab epitaksiaalse ketta kaevu külgseina või serva, põhjustades SIC-katte kahjustusi. Eriti suure MOCVD -seadme uue põlvkonna jaoks on selle epitaksiaalse ketta välimine läbimõõt suurem kui 700 mm ja tugev tsentrifugaaljõud muudab substraadi löögijõu suuremaks ja hävitava jõu tugevamaks.

NH3 toodab pärast kõrge temperatuuriga pürolüüsi suures koguses aatomi H ja aatomilisel H-l on tugev reaktsioonivõime süsiniku suhtes grafiidifaasis. Kui see puutub kokku puutunud grafiidisubstraadiga prao juures, söövitab see tugevalt grafiiti, reageerib gaasiliste süsivesinike genereerimiseks (NH3+C → HCN+H2) ja moodustab grafiidi substraadis puurkaevu, mille tulemuseks pindala ja poorne grafiidipiirkond. Igas epitaksiaalses protsessis vabastavad puuraukud pragudest pidevalt suures koguses süsivesinikegaasi, segunevad protsessi atmosfääri, mõjutavad iga epitaksia poolt kasvatatud epitaksiaalsete vahvlite kvaliteeti ja põhjustavad lõpuks grafiidiketta varakult 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 epitaksiaalne gaas ja sic -kattekatmise rike

SIC epitaksiaalne gaas hõlmab peamiselt H2 (kandegaasina), SiH4 või SICL4 (pakkudes Si -allikat), C3H8 või CCL4 (pakkudes C -allikat), N2 (pakkudes N -allikat dopingu jaoks), TMA (trimetüülaluminim, pakkudes allikat, dopinguks, dopinguks, dopinguks, dopinguks ), HCl+H2 (situ söövitus). SIC epitaksiaalse südamiku keemiline reaktsioon: SiH4+C3H8 → SIC+kõrvalsaadus (umbes 1650 ℃). SIC substraadid peavad enne sic epitaxyt märja puhastama. Märgpuhastamine võib parandada substraadi pinda pärast mehaanilist töötlemist ja eemaldada liigsed lisandid mitme oksüdeerimise ja redutseerimise kaudu. Seejärel võib HCL+H2 kasutamine suurendada siti-sisenemise efekti, pärssida tõhusalt Si-klastrite moodustumist, parandada Si-allika kasutamise efektiivsust ja söövitada üksikkristalli pinda kiiremini ja paremini, moodustades selge pinna kasvutapi, kiirendades kasvu kasvu, kiirendades kasvu kasvu, kiirendades kasvu kasvu. Hinnake ja vähendades tõhusalt SIC epitaksiaalse kihi defekte. Kuigi HCL+H2 söövitab SIC substraati in situ, põhjustab see ka väikeste osade korrosiooni SIC-kattele (SIC+H2 → SIH4+C). Kuna SIC -maardlad suurenevad epitaksiahju ahjuga, on sellel korrosioonil vähe mõju.

SIC on tüüpiline polükristalliline materjal. Kõige tavalisemad kristallstruktuurid on 3C-SIC, 4H-SIC ja 6H-SIC, mille hulgas on 4H-SIC kristallmaterjal, mida kasutavad tavaseadmed. Üks peamisi kristallvormi mõjutavaid tegureid on reaktsiooni temperatuur. Kui temperatuur on teatud temperatuurist madalam, genereeritakse hõlpsasti ka muid kristallvorme. Tööstuses laialdaselt kasutatava 4H-sic epitaxy reaktsioonitemperatuur on 1550 ~ 1650 ℃. Kui temperatuur on madalam kui 1550 ℃, on hõlpsasti genereeritavad muud kristallvormid, näiteks 3C-SIC. 3C-SIC on aga kristallvorm, mida tavaliselt kasutatakse SIC kattekihtides. Reaktsioonitemperatuur on umbes 1600 ℃ jõudnud 3C-SIC piirini. Seetõttu piirab SIC -kattete eluiga peamiselt SIC epitaxy reaktsioonitemperatuuri.

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.

Silmas paljusid probleeme, millega silmitsi seisabSiC 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 -kattekiht, ja liigseid setteid on lihtsam eemaldada kui SiC-kattel homogeenselt kasvatatud SiC.