เหตุใดตัวรับกราไฟท์ที่เคลือบด้วย SiC จึงล้มเหลว - เวเทค เซมิคอนดักเตอร์

การวิเคราะห์ปัจจัยความล้มเหลวของตัวรับกราไฟท์เคลือบ SiC

โดยปกติแล้วตัวป้องกันกราไฟท์เคลือบ epitaxial sic มักจะอยู่ภายใต้ I ภายนอก IMPACT ระหว่างการใช้งานซึ่งอาจมาจากกระบวนการจัดการโหลดและขนถ่ายหรือการชนกันของมนุษย์โดยไม่ตั้งใจ แต่ปัจจัยผลกระทบหลักยังคงมาจากการชนกันของเวเฟอร์ ทั้งพื้นผิวไพลินและ SIC นั้นยากมาก ปัญหาการกระแทกเป็นเรื่องธรรมดาในอุปกรณ์ MOCVD ความเร็วสูงและความเร็วของดิสก์ epitaxial สามารถเข้าถึงได้สูงถึง 1,000 รอบต่อนาที ในระหว่างการเริ่มต้นการปิดเครื่องและการทำงานของเครื่องเนื่องจากผลของความเฉื่อยสารตั้งต้นที่แข็งมักจะถูกโยนและกระทบกับผนังด้านข้างหรือขอบของหลุมดิสก์ epitaxial ทำให้เกิดความเสียหายต่อการเคลือบ SIC โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับอุปกรณ์ MOCVD ขนาดใหญ่รุ่นใหม่เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของดิสก์ epitaxial นั้นสูงกว่า 700 มม. และแรงแบบแรงเหวี่ยงที่แข็งแกร่งทำให้แรงกระแทกของสารตั้งต้นมากขึ้นและพลังการทำลายล้างที่แข็งแกร่งขึ้น

NH3 ผลิตอะตอมจำนวนมากหลังจากไพโรไลซิสอุณหภูมิสูงและอะตอม H มีปฏิกิริยาที่แข็งแกร่งต่อคาร์บอนในเฟสกราไฟท์ เมื่อสัมผัสกับสารตั้งต้นของกราไฟท์ที่มีรอยแตกมันจะกัดกราไฟท์อย่างรุนแรงตอบสนองต่อการสร้างไฮโดรคาร์บอนก๊าซ (NH3+C → HCN+H2) และรูปแบบหลุมเจาะในพื้นผิวกราไฟท์ พื้นที่และพื้นที่กราไฟท์ที่มีรูพรุน ในแต่ละกระบวนการ epitaxial หลุมเจาะจะปล่อยก๊าซไฮโดรคาร์บอนจำนวนมากจากรอยแตกผสมเข้ากับบรรยากาศกระบวนการส่งผลกระทบต่อคุณภาพของเวเฟอร์ epitaxial ที่ปลูกโดยแต่ละ epitaxy

โดยทั่วไปแล้วก๊าซที่ใช้ในถาดอบมีจำนวนเล็กน้อยของ H2 Plus N2 H2 ใช้เพื่อทำปฏิกิริยากับการสะสมบนพื้นผิวของดิสก์เช่น Aln และ Algan และ N2 ใช้เพื่อล้างผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา อย่างไรก็ตามเงินฝากเช่นส่วนประกอบอัลสูงนั้นยากที่จะลบออกแม้ที่ H2/1300 ℃ สำหรับผลิตภัณฑ์ LED ธรรมดาสามารถใช้ H2 จำนวนเล็กน้อยในการทำความสะอาดถาดอบ อย่างไรก็ตามสำหรับผลิตภัณฑ์ที่มีข้อกำหนดที่สูงขึ้นเช่นอุปกรณ์พลังงาน GAN และชิป RF ก๊าซ CL2 มักใช้ในการทำความสะอาดถาดอบ แต่ค่าใช้จ่ายคืออายุการใช้งานของถาดลดลงอย่างมากเมื่อเทียบกับที่ใช้สำหรับ LED เนื่องจาก CL2 สามารถกัดกร่อนการเคลือบ SIC ที่อุณหภูมิสูง (Cl2+SIC → SICL4+C) และก่อให้เกิดการกัดกร่อนจำนวนมากและคาร์บอนฟรีที่เหลืออยู่บนพื้นผิว CL2 สระว่าย การลดลงของความแข็งแรงการเคลือบจนกระทั่งการแตกร้าวและความล้มเหลว

ก๊าซ sic epitaxial และความล้มเหลวในการเคลือบ SIC

ก๊าซ sic epitaxial ส่วนใหญ่รวมถึง H2 (เป็นก๊าซพาหะ), SIH4 หรือ SICL4 (จัดหาแหล่งที่มาของ SI), C3H8 หรือ CCL4 (ให้แหล่ง C), N2 (ให้แหล่งที่มาสำหรับการเติม), TMA (Trimethylaluminum ), HCl+H2 (การแกะสลักในแหล่งกำเนิด) ปฏิกิริยาเคมีหลักของ epitaxial: SIH4+C3H8 → SIC+ผลพลอยได้ (ประมาณ 1650 ℃) พื้นผิว SIC จะต้องทำความสะอาดเปียกก่อน sic epitaxy การทำความสะอาดแบบเปียกสามารถปรับปรุงพื้นผิวของสารตั้งต้นหลังการรักษาเชิงกลและกำจัดสิ่งสกปรกส่วนเกินผ่านการออกซิเดชั่นและการลดลงหลายครั้ง จากนั้นการใช้ HCL+H2 สามารถเพิ่มผลการแกะสลักในแหล่งกำเนิดได้อย่างมีประสิทธิภาพยับยั้งการก่อตัวของกลุ่ม Si ปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้งานของแหล่งกำเนิด Si และกัดพื้นผิวผลึกเดี่ยวได้เร็วขึ้นและดีขึ้น อัตราและลดข้อบกพร่องของชั้น epitaxial sic ได้อย่างมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตามในขณะที่ HCl+H2 etches สารตั้งต้น SIC ในแหล่งกำเนิดมันจะทำให้เกิดการกัดกร่อนเล็กน้อยกับการเคลือบ SIC ในชิ้นส่วน (SIC+H2 → SIH4+C) เนื่องจากเงินฝาก SIC ยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องด้วยเตาเผา epitaxial การกัดกร่อนนี้มีผลเพียงเล็กน้อย

SIC เป็นวัสดุ polycrystalline ทั่วไป โครงสร้างผลึกที่พบมากที่สุดคือ 3C-SIC, 4H-SIC และ 6H-SIC ซึ่ง 4H-SIC เป็นวัสดุคริสตัลที่ใช้โดยอุปกรณ์กระแสหลัก หนึ่งในปัจจัยสำคัญที่มีผลต่อรูปแบบผลึกคืออุณหภูมิปฏิกิริยา หากอุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิที่แน่นอนรูปแบบคริสตัลอื่น ๆ จะถูกสร้างขึ้นได้ง่าย อุณหภูมิปฏิกิริยาของ 4H-SIC epitaxy ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมคือ 1550 ~ 1650 ℃ หากอุณหภูมิต่ำกว่า 1,550 ℃ผลึกอื่น ๆ เช่น 3C-SIC จะถูกสร้างขึ้นได้ง่าย อย่างไรก็ตาม 3C-SIC เป็นรูปแบบคริสตัลที่ใช้กันทั่วไปในการเคลือบ SIC อุณหภูมิปฏิกิริยาประมาณ 1600 ℃ถึงขีด จำกัด 3C-SIC ดังนั้นชีวิตของการเคลือบ SIC ส่วนใหญ่ถูก จำกัด โดยอุณหภูมิปฏิกิริยาของ sic epitaxy

เนื่องจากอัตราการเติบโตของเงินฝาก SIC ในการเคลือบ SIC นั้นเร็วมากอุปกรณ์ Epitaxial Sic Hot Wall Hot ต้องปิดตัวลงและชิ้นส่วนเคลือบ SIC ภายในจำเป็นต้องถูกนำออกมาหลังจากการผลิตอย่างต่อเนื่องเป็นระยะเวลาหนึ่ง เงินฝากส่วนเกินเช่น SIC ในชิ้นส่วนการเคลือบ SIC จะถูกลบออกโดยแรงเสียดทานเชิงกล→การกำจัดฝุ่น→การทำความสะอาดอัลตราโซนิก→การทำให้บริสุทธิ์อุณหภูมิสูง วิธีนี้มีกระบวนการทางกลมากและง่ายต่อการสร้างความเสียหายทางกลในการเคลือบ

ในมุมมองของปัญหามากมายที่ต้องเผชิญการเคลือบ SICในอุปกรณ์ epitaxial SiC รวมกับประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมของการเคลือบ TaC ในอุปกรณ์การเติบโตของคริสตัล SiC แทนที่การเคลือบ SiC ในsic epitaxialอุปกรณ์ที่มีการเคลือบ TaC ได้ค่อยๆ เข้าสู่วิสัยทัศน์ของผู้ผลิตอุปกรณ์และผู้ใช้อุปกรณ์ ในด้านหนึ่ง TaC มีจุดหลอมเหลวสูงถึง 3880°C และทนทานต่อการกัดกร่อนของสารเคมี เช่น ไอของ NH3, H2, Si และ HCl ที่อุณหภูมิสูง และทนทานต่ออุณหภูมิและการกัดกร่อนที่สูงมาก ในทางกลับกัน อัตราการเติบโตของ SiC บนการเคลือบ TaC จะช้ากว่าอัตราการเติบโตของ SiC บนการเคลือบ SiC มาก ซึ่งสามารถบรรเทาปัญหาการตกของอนุภาคจำนวนมาก และรอบการบำรุงรักษาอุปกรณ์สั้นลง และตะกอนส่วนเกิน เช่น SiC ไม่สามารถสร้างส่วนต่อประสานทางโลหะวิทยาเคมีที่แข็งแกร่งได้การเคลือบ TACและตะกอนส่วนเกินจะถูกกำจัดออกได้ง่ายกว่า SiC ที่ปลูกแบบเนื้อเดียวกันบนการเคลือบ SiC