SiC लेपित ग्रेफाइट ससेप्टर विफल क्यों हो जाता है? - वीटेक सेमीकंडक्टर

SiC लेपित ग्रेफाइट सुसेप्टर के विफलता कारकों का विश्लेषण

आमतौर पर, एपिटैक्सियल SiC लेपित ग्रेफाइट सुसेप्टर्स अक्सर बाहरी i के अधीन होते हैंउपयोग के दौरान प्रतिक्रिया, जो हैंडलिंग प्रक्रिया, लोडिंग और अनलोडिंग, या आकस्मिक मानव टकराव से हो सकती है। लेकिन मुख्य प्रभाव कारक अभी भी वेफर्स की टक्कर से आता है। नीलम और SiC दोनों सब्सट्रेट बहुत कठोर हैं। उच्च गति वाले MOCVD उपकरण में प्रभाव की समस्या विशेष रूप से आम है, और इसकी एपिटैक्सियल डिस्क की गति 1000 आरपीएम तक पहुंच सकती है। मशीन के स्टार्ट-अप, शटडाउन और संचालन के दौरान, जड़ता के प्रभाव के कारण, कठोर सब्सट्रेट अक्सर फेंका जाता है और एपिटैक्सियल डिस्क पिट की साइड की दीवार या किनारे से टकराता है, जिससे SiC कोटिंग को नुकसान होता है। विशेष रूप से नई पीढ़ी के बड़े MOCVD उपकरणों के लिए, इसकी एपिटैक्सियल डिस्क का बाहरी व्यास 700 मिमी से अधिक है, और मजबूत केन्द्रापसारक बल सब्सट्रेट के प्रभाव बल को अधिक और विनाशकारी शक्ति को मजबूत बनाता है।

उच्च तापमान पायरोलिसिस के बाद NH3 बड़ी मात्रा में परमाणु H का उत्पादन करता है, और परमाणु H में ग्रेफाइट चरण में कार्बन के प्रति एक मजबूत प्रतिक्रिया होती है। जब यह दरार पर उजागर ग्रेफाइट सब्सट्रेट से संपर्क करता है, तो यह ग्रेफाइट को मजबूती से खोदेगा, गैसीय हाइड्रोकार्बन (NH3+C→HCN+H2) उत्पन्न करने के लिए प्रतिक्रिया करेगा, और ग्रेफाइट सब्सट्रेट में बोरहोल बनाएगा, जिसके परिणामस्वरूप एक खोखला सहित एक विशिष्ट बोरहोल संरचना होगी। क्षेत्र और एक झरझरा ग्रेफाइट क्षेत्र। प्रत्येक एपिटैक्सियल प्रक्रिया में, बोरहोल लगातार दरारों से बड़ी मात्रा में हाइड्रोकार्बन गैस छोड़ेंगे, प्रक्रिया वातावरण में मिश्रित होंगे, प्रत्येक एपिटैक्सिअल द्वारा विकसित एपिटैक्सियल वेफर्स की गुणवत्ता को प्रभावित करेंगे, और अंत में ग्रेफाइट डिस्क को जल्दी स्क्रैप करने का कारण बनेंगे।

सामान्यतया, बेकिंग ट्रे में उपयोग की जाने वाली गैस थोड़ी मात्रा में H2 प्लस N2 होती है। H2 का उपयोग डिस्क की सतह पर AlN और AlGaN जैसे जमाव के साथ प्रतिक्रिया करने के लिए किया जाता है, और N2 का उपयोग प्रतिक्रिया उत्पादों को शुद्ध करने के लिए किया जाता है। हालाँकि, उच्च अल घटकों जैसे जमा को H2/1300℃ पर भी हटाना मुश्किल है। सामान्य एलईडी उत्पादों के लिए, बेकिंग ट्रे को साफ करने के लिए H2 की थोड़ी मात्रा का उपयोग किया जा सकता है; हालाँकि, उच्च आवश्यकताओं वाले उत्पादों जैसे कि GaN पावर डिवाइस और RF चिप्स के लिए, बेकिंग ट्रे को साफ करने के लिए अक्सर Cl2 गैस का उपयोग किया जाता है, लेकिन लागत यह है कि एलईडी के लिए उपयोग की जाने वाली तुलना में ट्रे का जीवन बहुत कम हो जाता है। क्योंकि Cl2 उच्च तापमान (Cl2+SiC→SiCl4+C) पर SiC कोटिंग को संक्षारित कर सकता है, और सतह पर कई संक्षारण छिद्र और अवशिष्ट मुक्त कार्बन बना सकता है, Cl2 पहले SiC कोटिंग की अनाज सीमाओं को संक्षारित करता है, और फिर अनाज को संक्षारित करता है, जिसके परिणामस्वरूप दरार और विफलता तक कोटिंग की ताकत में कमी।

SiC एपिटैक्सियल गैस और SiC कोटिंग विफलता

SiC एपिटैक्सियल गैस में मुख्य रूप से H2 (वाहक गैस के रूप में), SiH4 या SiCl4 (Si स्रोत प्रदान करना), C3H8 या CCl4 (C स्रोत प्रदान करना), N2 (डोपिंग के लिए N स्रोत प्रदान करना), TMA (ट्राइमेथिलएल्युमिनियम, डोपिंग के लिए Al स्रोत प्रदान करना) शामिल हैं। ), एचसीएल+एच2 (इन-सीटू नक़्क़ाशी)। SiC एपिटैक्सियल कोर रासायनिक प्रतिक्रिया: SiH4+C3H8→SiC+उपोत्पाद (लगभग 1650℃)। SiC एपिटॉक्सी से पहले SiC सबस्ट्रेट्स को गीला करके साफ किया जाना चाहिए। गीली सफाई यांत्रिक उपचार के बाद सब्सट्रेट की सतह में सुधार कर सकती है और कई ऑक्सीकरण और कमी के माध्यम से अतिरिक्त अशुद्धियों को दूर कर सकती है। फिर एचसीएल + एच 2 का उपयोग इन-सीटू नक़्क़ाशी प्रभाव को बढ़ा सकता है, प्रभावी ढंग से सी क्लस्टर के गठन को रोक सकता है, सी स्रोत की उपयोग दक्षता में सुधार कर सकता है, और एकल क्रिस्टल सतह को तेजी से और बेहतर तरीके से खोद सकता है, जिससे एक स्पष्ट सतह विकास चरण बनता है, जिससे विकास में तेजी आती है। दर, और SiC एपीटैक्सियल परत दोषों को प्रभावी ढंग से कम करना। हालाँकि, जबकि HCl+H2 SiC सब्सट्रेट को यथास्थान खोदता है, यह भागों (SiC+H2→SiH4+C) पर SiC कोटिंग में थोड़ी मात्रा में क्षरण का कारण भी बनेगा। चूंकि एपिटैक्सियल भट्टी के साथ SiC जमाव बढ़ता जा रहा है, इसलिए इस संक्षारण का बहुत कम प्रभाव पड़ता है।

SiC एक विशिष्ट पॉलीक्रिस्टलाइन सामग्री है। सबसे आम क्रिस्टल संरचनाएं 3C-SiC, 4H-SiC और 6H-SiC हैं, जिनमें से 4H-SiC मुख्यधारा के उपकरणों द्वारा उपयोग की जाने वाली क्रिस्टल सामग्री है। क्रिस्टल रूप को प्रभावित करने वाले प्रमुख कारकों में से एक प्रतिक्रिया तापमान है। यदि तापमान एक निश्चित तापमान से कम है, तो अन्य क्रिस्टल रूप आसानी से उत्पन्न होंगे। उद्योग में व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले 4H-SiC एपिटैक्सी का प्रतिक्रिया तापमान 1550 ~ 1650 ℃ है। यदि तापमान 1550℃ से कम है, तो 3C-SiC जैसे अन्य क्रिस्टल रूप आसानी से उत्पन्न होंगे। हालाँकि, 3C-SiC एक क्रिस्टल रूप है जिसका उपयोग आमतौर पर SiC कोटिंग्स में किया जाता है। लगभग 1600℃ का प्रतिक्रिया तापमान 3C-SiC की सीमा तक पहुँच गया है। इसलिए, SiC कोटिंग्स का जीवन मुख्य रूप से SiC एपिटॉक्सी के प्रतिक्रिया तापमान से सीमित होता है।

चूंकि SiC कोटिंग्स पर SiC जमाव की वृद्धि दर बहुत तेज है, क्षैतिज गर्म दीवार SiC एपिटैक्सियल उपकरण को बंद करने की आवश्यकता है और अंदर SiC कोटिंग भागों को कुछ समय के लिए निरंतर उत्पादन के बाद बाहर निकालने की आवश्यकता है। SiC कोटिंग भागों पर SiC जैसे अतिरिक्त जमा को यांत्रिक घर्षण → धूल हटाने → अल्ट्रासोनिक सफाई → उच्च तापमान शुद्धि द्वारा हटा दिया जाता है। इस विधि में कई यांत्रिक प्रक्रियाएं हैं और कोटिंग को यांत्रिक क्षति पहुंचाना आसान है।

अनेक समस्याओं को देखते हुएSiC कोटिंगSiC एपिटैक्सियल उपकरण में, SiC क्रिस्टल विकास उपकरण में TaC कोटिंग के उत्कृष्ट प्रदर्शन के साथ संयुक्त, SiC कोटिंग की जगहSiC एपिटैक्सियलTaC कोटिंग वाले उपकरण धीरे-धीरे उपकरण निर्माताओं और उपकरण उपयोगकर्ताओं की दृष्टि में प्रवेश कर गए हैं। एक ओर, TaC का गलनांक 3880℃ तक होता है, और यह उच्च तापमान पर NH3, H2, Si और HCl वाष्प जैसे रासायनिक संक्षारण के लिए प्रतिरोधी होता है, और इसमें अत्यधिक मजबूत उच्च तापमान प्रतिरोध और संक्षारण प्रतिरोध होता है। दूसरी ओर, TaC कोटिंग पर SiC की वृद्धि दर SiC कोटिंग पर SiC की वृद्धि दर की तुलना में बहुत धीमी है, जो बड़ी मात्रा में कण गिरने और छोटे उपकरण रखरखाव चक्र और SiC जैसे अतिरिक्त तलछट की समस्याओं को कम कर सकती है। के साथ एक मजबूत रासायनिक धातुकर्म इंटरफ़ेस नहीं बना सकताTaC कोटिंग, और अतिरिक्त तलछट को SiC कोटिंग पर सजातीय रूप से उगाए गए SiC की तुलना में निकालना आसान होता है।