چرا گیرنده گرافیت با پوشش SiC از کار می افتد؟ - نیمه هادی VeTek

تجزیه و تحلیل عوامل شکست گیرنده گرافیت پوشش داده شده SiC

معمولاً، گیرنده‌های گرافیت با پوشش SiC همپایه اغلب در معرض i خارجی قرار می‌گیرندضربه در حین استفاده، که ممکن است ناشی از فرآیند جابجایی، بارگیری و تخلیه، یا برخورد تصادفی انسان باشد. اما ضریب تاثیر اصلی همچنان از برخورد ویفرها ناشی می شود. هر دو بستر یاقوت کبود و SiC بسیار سخت هستند. مشکل ضربه به ویژه در تجهیزات MOCVD با سرعت بالا رایج است و سرعت دیسک همپای آن می تواند تا 1000 دور در دقیقه برسد. در هنگام راه اندازی، خاموش شدن و کارکرد دستگاه، به دلیل اثر اینرسی، بستر سخت اغلب پرتاب می شود و به دیواره جانبی یا لبه حفره دیسک اپیتاکسیال برخورد می کند و باعث آسیب به پوشش SiC می شود. به خصوص برای نسل جدید تجهیزات بزرگ MOCVD، قطر بیرونی دیسک اپیتاکسیال آن بیشتر از 700 میلی متر است و نیروی گریز از مرکز قوی باعث می شود نیروی ضربه زیرلایه بیشتر و قدرت تخریب قوی تر شود.

NH3 پس از پیرولیز با درجه حرارت بالا مقدار زیادی از اتمی H تولید می کند ، و H اتمی در مرحله گرافیت واکنش قوی نسبت به کربن دارد. هنگامی که با بستر گرافیت در معرض شکاف تماس می گیرد ، به شدت گرافیت را به خود جلب می کند ، برای تولید هیدروکربن های گازی (NH3+C → HCN+H2) واکنش نشان می دهد و در بستر گرافیت سوراخ هایی را تشکیل می دهد ، و در نتیجه یک ساختار معمولی از جمله یک توخالی توخالی قرار می گیرد. منطقه و یک منطقه گرافیت متخلخل. در هر فرآیند اپیتاکسیال ، حفره ها به طور مداوم مقدار زیادی از گاز هیدروکربن را از ترک ها آزاد می کنند ، در جو فرآیند مخلوط می شوند ، بر کیفیت ویفرهای اپیتاکسی رشد می کنند که توسط هر اپیتاکس رشد می کنند و در آخر باعث می شود دیسک گرافیت زودتر از آن جدا شود.

به طور کلی، گاز استفاده شده در سینی پخت مقدار کمی H2 به علاوه N2 است. H2 برای واکنش با رسوبات روی سطح دیسک مانند AlN و AlGaN و N2 برای پاکسازی محصولات واکنش استفاده می شود. با این حال، حذف رسوبات مانند اجزای Al بالا حتی در H2/1300 درجه سانتیگراد دشوار است. برای محصولات LED معمولی، می توان از مقدار کمی H2 برای تمیز کردن سینی پخت استفاده کرد. با این حال، برای محصولات با نیازهای بالاتر مانند دستگاه های قدرت GaN و تراشه های RF، اغلب از گاز Cl2 برای تمیز کردن سینی پخت استفاده می شود، اما هزینه آن این است که عمر سینی در مقایسه با آنچه برای LED استفاده می شود بسیار کاهش می یابد. از آنجایی که Cl2 می تواند پوشش SiC را در دمای بالا (Cl2+SiC→SiCl4+C) خورده و سوراخ های خوردگی و کربن آزاد باقی مانده را روی سطح ایجاد کند، Cl2 ابتدا مرزهای دانه پوشش SiC را خورده و سپس دانه ها را خورده می کند و در نتیجه کاهش استحکام پوشش تا زمان ترک خوردگی و شکست.

گاز اپیتاکسیال SiC و خرابی پوشش SiC

گاز همپای SiC عمدتا شامل H2 (به عنوان گاز حامل)، SiH4 یا SiCl4 (ارائه منبع Si)، C3H8 یا CCl4 (ارائه منبع C)، N2 (ارائه منبع N، برای دوپینگ)، TMA (تری متیل آلومینیوم، تامین کننده منبع Al، برای دوپینگ است. )، HCl+H2 (اچ درجا). واکنش شیمیایی هسته اپیتاکسیال SiC: SiH4+C3H8→SiC+محصول جانبی (حدود 1650℃). بسترهای SiC باید قبل از اپیتاکسی SiC به صورت مرطوب تمیز شوند. تمیز کردن مرطوب می تواند سطح بستر را پس از عملیات مکانیکی بهبود بخشد و ناخالصی های اضافی را از طریق اکسیداسیون و کاهش چندگانه حذف کند. سپس استفاده از HCl+H2 می تواند اثر اچینگ درجا را افزایش دهد، به طور موثر از تشکیل خوشه های Si جلوگیری کند، کارایی استفاده از منبع Si را بهبود بخشد، و سطح تک کریستال را سریعتر و بهتر حکاکی کند، یک مرحله رشد سطح شفاف را تشکیل دهد، رشد را تسریع کند. سرعت، و به طور موثر کاهش نقایص لایه اپیتاکسیال SiC. با این حال، در حالی که HCl+H2 زیرلایه SiC را در محل حک می کند، همچنین باعث خوردگی اندکی در پوشش SiC روی قطعات می شود (SiC+H2→SiH4+C). از آنجایی که رسوبات SiC با کوره اپیتاکسیال همچنان افزایش می‌یابد، این خوردگی اثر کمی دارد.

SiC یک ماده پلی کریستالی معمولی است. متداول ترین ساختارهای کریستالی 3C-SiC، 4H-SiC و 6H-SiC هستند که در میان آنها 4H-SiC ماده کریستالی است که توسط دستگاه های اصلی استفاده می شود. یکی از عوامل اصلی موثر بر شکل کریستال، دمای واکنش است. اگر دما کمتر از یک دمای معین باشد، دیگر اشکال کریستالی به راحتی ایجاد می شود. دمای واکنش اپیتاکسی 4H-SiC که به طور گسترده در صنعت استفاده می شود 1550 ~ 1650 درجه سانتیگراد است. اگر دما کمتر از 1550 درجه سانتیگراد باشد، سایر اشکال کریستالی مانند 3C-SiC به راحتی تولید می شوند. با این حال، 3C-SiC یک فرم کریستالی است که معمولا در پوشش های SiC استفاده می شود. دمای واکنش حدود 1600 درجه سانتیگراد به حد 3C-SiC رسیده است. بنابراین، عمر پوشش‌های SiC عمدتاً توسط دمای واکنش اپیتاکسی SiC محدود می‌شود.

از آنجا که نرخ رشد رسوبات SIC روی پوشش های SIC بسیار سریع است ، تجهیزات اپی کلیسای دیواره داغ افقی باید خاموش شود و قطعات پوشش SIC در داخل باید پس از تولید مداوم برای یک دوره زمانی خارج شود. رسوبات اضافی مانند SIC روی قطعات پوشش SIC با اصطکاک مکانیکی حذف می شوند → حذف گرد و غبار → تمیز کردن اولتراسونیک → تصفیه دمای بالا. این روش دارای فرآیندهای مکانیکی زیادی است و به راحتی می تواند آسیب مکانیکی را به پوشش وارد کند.

با توجه به مشکلات فراوانی که با آن مواجه استروکشدر تجهیزات اپیتاکسیال SiC، همراه با عملکرد عالی پوشش TaC در تجهیزات رشد کریستال SiC، جایگزین پوشش SiC دراپیتاکسیال SiCتجهیزات با پوشش TAC به تدریج وارد چشم انداز تولید کنندگان تجهیزات و کاربران تجهیزات شده است. از یک طرف ، TAC دارای نقطه ذوب حداکثر 3880 است و در برابر خوردگی شیمیایی مانند NH3 ، H2 ، SI و بخار HCl در دماهای بالا مقاوم است و از مقاومت در برابر دمای بالا و مقاومت در برابر خوردگی بسیار قوی برخوردار است. از طرف دیگر ، میزان رشد SIC در پوشش TAC بسیار کندتر از نرخ رشد SIC در پوشش SIC است ، که می تواند مشکلات مقدار زیادی از سقوط ذرات و چرخه نگهداری تجهیزات کوتاه و رسوبات اضافی مانند SIC را کاهش دهد نمی تواند یک رابط متالورژی شیمیایی قوی باپوشش TAC، و رسوبات اضافی از بین می رود تا از همگن SIC که بر روی پوشش SIC رشد می کنند ، از بین بروند.