Tại sao SIC lớp phủ Graphit Lau có thất bại? - Chất bán dẫn Vetek

Phân tích các yếu tố hư hỏng của chất nhạy cảm than chì phủ SiC

Thông thường, các chất nhạy cảm bằng than chì được phủ SiC epiticular thường chịu tác động bên ngoài.mpact trong quá trình sử dụng có thể đến từ quá trình xử lý, bốc dỡ hoặc va chạm vô tình của con người. Nhưng yếu tố tác động chính vẫn đến từ sự va chạm của các tấm wafer. Cả hai chất nền sapphire và SiC đều rất cứng. Vấn đề va chạm đặc biệt phổ biến ở thiết bị MOCVD tốc độ cao và tốc độ đĩa epiticular của nó có thể đạt tới 1000 vòng / phút. Trong quá trình khởi động, tắt máy và vận hành máy, do tác dụng của quán tính, đế cứng thường bị văng ra và va vào thành bên hoặc mép hố đĩa epitaxy gây hư hỏng lớp phủ SiC. Đặc biệt đối với thế hệ thiết bị MOCVD lớn mới, đường kính ngoài của đĩa epiticular của nó lớn hơn 700mm, lực ly tâm mạnh làm cho lực tác động của chất nền lớn hơn và sức công phá mạnh hơn.

NH3 tạo ra một lượng lớn nguyên tử H sau khi nhiệt phân nhiệt độ cao và nguyên tử H có phản ứng mạnh với carbon trong pha than chì. Khi nó tiếp xúc với chất nền than chì tiếp xúc ở vết nứt, nó sẽ khắc mạnh than chì, phản ứng để tạo ra hydrocarbon khí (NH3+C → HCN+H2) và tạo thành các lỗ khoan trong chất nền than chì, dẫn đến cấu trúc lỗ khoan điển hình diện tích và một khu vực than chì xốp. Trong mỗi quá trình epiticular, các lỗ khoan sẽ liên tục giải phóng một lượng lớn khí hydrocarbon từ các vết nứt, trộn vào bầu khí quyển quá trình, ảnh hưởng đến chất lượng của các tấm epiticular được phát triển bởi mỗi epitaxy và cuối cùng làm cho đĩa than chì bị loại bỏ sớm.

Nói chung, khí được sử dụng trong khay nướng là một lượng nhỏ H2 cộng với N2. H2 được sử dụng để phản ứng với các mỏ trên bề mặt của đĩa như ALN và ALGAN, và N2 được sử dụng để thanh lọc các sản phẩm phản ứng. Tuy nhiên, các khoản tiền gửi như các thành phần Al cao rất khó được loại bỏ ngay cả tại H2/1300. Đối với các sản phẩm LED thông thường, một lượng nhỏ H2 có thể được sử dụng để làm sạch khay nướng; Tuy nhiên, đối với các sản phẩm có yêu cầu cao hơn như thiết bị năng lượng GaN và chip RF, khí CL2 thường được sử dụng để làm sạch khay nướng, nhưng chi phí là tuổi thọ khay giảm đáng kể so với sử dụng cho đèn LED. Vì CL2 có thể ăn mòn lớp phủ SIC ở nhiệt độ cao (CL2+SIC → SICL4+C), và tạo thành nhiều lỗ ăn mòn và carbon tự do còn lại trên bề mặt, CL2 trước tiên ăn mòn ranh giới hạt của lớp phủ SIC, và sau đó ăn mòn các hạt, dẫn đến giảm cường độ lớp phủ cho đến khi nứt và thất bại.

Sic epitical Gas và Sic Lớp phủ SIC

Khí epiticular SiC chủ yếu bao gồm H2 (làm khí mang), SiH4 hoặc SiCl4 (cung cấp nguồn Si), C3H8 hoặc CCl4 (cung cấp nguồn C), N2 (cung cấp nguồn N, cho pha tạp), TMA (cung cấp nguồn Al, cho pha tạp ), HCl+H2 (ăn mòn tại chỗ). Phản ứng hóa học lõi epiticular SiC: SiH4+C3H8→SiC+sản phẩm phụ (khoảng 1650oC). Chất nền SiC phải được làm sạch ướt trước khi epitaxy SiC. Làm sạch ướt có thể cải thiện bề mặt của chất nền sau khi xử lý cơ học và loại bỏ các tạp chất dư thừa thông qua quá trình oxy hóa và khử nhiều lần. Sau đó, sử dụng HCl + H2 có thể tăng cường hiệu ứng ăn mòn tại chỗ, ức chế hiệu quả sự hình thành cụm Si, nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn Si và khắc bề mặt tinh thể đơn nhanh hơn và tốt hơn, hình thành bước tăng trưởng bề mặt rõ ràng, đẩy nhanh quá trình tăng trưởng tốc độ và giảm hiệu quả các khuyết tật của lớp epiticular SiC. Tuy nhiên, trong khi HCl+H2 ăn mòn tại chỗ chất nền SiC, nó cũng sẽ gây ra một lượng nhỏ sự ăn mòn đối với lớp phủ SiC trên các bộ phận (SiC+H2→SiH4+C). Do cặn SiC tiếp tục tăng lên trong lò epiticular nên sự ăn mòn này ít ảnh hưởng.

SIC là một vật liệu đa tinh thể điển hình. Các cấu trúc tinh thể phổ biến nhất là 3C-SIC, 4H-SiC và 6H-SIC, trong đó 4H-SIC là vật liệu tinh thể được sử dụng bởi các thiết bị chính. Một trong những yếu tố chính ảnh hưởng đến dạng tinh thể là nhiệt độ phản ứng. Nếu nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ nhất định, các dạng tinh thể khác sẽ dễ dàng tạo ra. Nhiệt độ phản ứng của epitaxy 4H-sic được sử dụng rộng rãi trong ngành là 1550 ~ 1650. Nếu nhiệt độ thấp hơn 1550, các dạng tinh thể khác như 3C-SIC sẽ dễ dàng tạo ra. Tuy nhiên, 3C-SIC là một dạng tinh thể thường được sử dụng trong lớp phủ SIC. Nhiệt độ phản ứng khoảng 1600 đã đạt đến giới hạn 3C-SIC. Do đó, tuổi thọ của lớp phủ sic chủ yếu bị giới hạn bởi nhiệt độ phản ứng của epitaxy sic.

Vì tốc độ tăng trưởng của tiền gửi SIC trên lớp phủ SIC rất nhanh, nên các thiết bị epiticular sic nóng theo chiều ngang cần phải tắt và các bộ phận phủ SIC bên trong cần phải được lấy ra sau khi sản xuất liên tục trong một khoảng thời gian. Các khoản tiền gửi dư thừa như SIC ​​trên các bộ phận phủ SIC được loại bỏ bằng ma sát cơ học → loại bỏ bụi → làm sạch siêu âm → tinh chế nhiệt độ cao. Phương pháp này có nhiều quá trình cơ học và dễ dàng gây ra thiệt hại cơ học cho lớp phủ.

Trước nhiều vấn đề phải đối mặt củalớp phủ SiCtrong thiết bị epiticular SiC, kết hợp với hiệu suất tuyệt vời của lớp phủ TaC trong thiết bị tăng trưởng tinh thể SiC, thay thế lớp phủ SiC trongSic epitaxialthiết bị có lớp phủ TaC đã dần đi vào tầm nhìn của các nhà sản xuất thiết bị và người sử dụng thiết bị. Một mặt, TaC có nhiệt độ nóng chảy lên tới 3880oC và có khả năng chống ăn mòn hóa học như hơi NH3, H2, Si và HCl ở nhiệt độ cao, đồng thời có khả năng chịu nhiệt độ cao và chống ăn mòn cực mạnh. Mặt khác, tốc độ tăng trưởng của SiC trên lớp phủ TaC chậm hơn nhiều so với tốc độ tăng trưởng của SiC trên lớp phủ SiC, điều này có thể làm giảm bớt các vấn đề về lượng hạt rơi lớn và chu kỳ bảo trì thiết bị ngắn cũng như lượng cặn dư thừa như SiC không thể tạo thành một giao diện luyện kim hóa học mạnh mẽ vớiLớp phủ TACvà các trầm tích dư thừa dễ loại bỏ hơn so với SiC được trồng đồng nhất trên lớp phủ SiC.