Почему графитовый токоприемник с покрытием SiC выходит из строя? - ВеТек Полупроводник

Анализ факторов отказа графитового токоприемника с покрытием SiC

Обычно воспитатели графита с эпитаксиальным графитом часто подвергаются внешнему IMPACT во время использования, который может исходить от процесса обработки, загрузки и разгрузки или случайного столкновения с человеком. Но основной фактор воздействия по -прежнему исходит от столкновения пластин. Субстраты Sapphire и SIC очень сложны. Проблема удара особенно распространена в высокоскоростном оборудовании MoCVD, а скорость его эпитаксиального диска может достигать 1000 об / мин. Во время запуска, выключение и эксплуатация машины, из-за эффекта инерции, жесткий субстрат часто бросается и попадает в боковую стенку или край эпитаксиальной дисковой ямы, что приводит к повреждению покрытия SIC. Особенно для нового поколения крупного оборудования MoCVD внешний диаметр его эпитаксиального диска превышает 700 мм, а сильная центробежная сила делает ударную силу субстрата большей и разрушительной властью сильнее.

NH3 производит большое количество атомарного H после высокотемпературного пиролиза, а атом H обладает сильной реакционной способностью по отношению к углероду в графитовой фазе. Когда он контактирует с обнаженной графитовой подложкой в ​​месте трещины, он сильно травит графит, реагирует с образованием газообразных углеводородов (NH3+C→HCN+H2) и образует отверстия в графитовой подложке, в результате чего образуется типичная структура скважины, включающая пустоты. область и область пористого графита. В каждом эпитаксиальном процессе скважины будут постоянно выделять большое количество углеводородного газа из трещин, смешиваться с технологической атмосферой, влиять на качество эпитаксиальных пластин, выращенных в результате каждой эпитаксии, и, наконец, вызывать преждевременную списание графитового диска.

Вообще говоря, газ, используемый в противне, представляет собой небольшое количество H2 плюс N2. H2 используется для реагирования с отложениями на поверхности диска, таких как Aln и Algan, и N2 используется для очистки продуктов реакции. Тем не менее, такие отложения, как высокие компоненты Al, трудно удалить даже при H2/1300 ℃. Для обычных светодиодных продуктов можно использовать небольшое количество H2 для очистки противня; Тем не менее, для продуктов с более высокими требованиями, такими как мощные устройства GAN и РЧ -чипы, газ CL2 часто используется для очистки противня, но стоимость состоит в том, что срок службы подноса значительно снижается по сравнению с использованием для светодиода. Поскольку CL2 может коррозировать покрытие SIC при высокой температуре (CL2+SIC → SICL4+C) и образовывать множество отверстий для коррозии и остаточного свободного углерода на поверхности, CL2 сначала корредирует границы зерна покрытия SIC, а затем корректирует зерна, что приводит к снижение прочности покрытия до трещин и отказа.

SIC Эпитаксиальный газ и сбой покрытия SIC

Эпитаксиальный газ SiC в основном включает H2 (в качестве газа-носителя), SiH4 или SiCl4 (источник Si), C3H8 или CCl4 (источник C), N2 (источник N для легирования), ТМА (триметилалюминий, источник Al для легирования). ), HCl+H2 (травление in situ). Химическая реакция эпитаксиального ядра SiC: SiH4+C3H8→SiC+побочный продукт (около 1650℃). Подложки SiC необходимо подвергнуть влажной очистке перед эпитаксией SiC. Влажная очистка позволяет улучшить поверхность основы после механической обработки и удалить лишние загрязнения путем многократного окисления и восстановления. Затем использование HCl+H2 может усилить эффект травления на месте, эффективно препятствовать образованию кластеров Si, повысить эффективность использования источника Si и быстрее и лучше травить поверхность монокристалла, образуя четкую ступеньку роста поверхности, ускоряя рост. Скорость и эффективное уменьшение дефектов эпитаксиального слоя SiC. Однако, хотя HCl+H2 травит подложку SiC на месте, это также вызывает небольшую коррозию SiC-покрытия на деталях (SiC+H2→SiH4+C). Поскольку отложения SiC продолжают увеличиваться в эпитаксиальной печи, эта коррозия оказывает незначительное влияние.

SiC — типичный поликристаллический материал. Наиболее распространенными кристаллическими структурами являются 3C-SiC, 4H-SiC и 6H-SiC, среди которых 4H-SiC является кристаллическим материалом, используемым в основных устройствах. Одним из основных факторов, влияющих на кристаллическую форму, является температура реакции. Если температура ниже определенной температуры, легко образуются другие кристаллические формы. Температура реакции эпитаксии 4H-SiC, широко используемой в промышленности, составляет 1550 ~ 1650 ℃. Если температура ниже 1550 ℃, легко образуются другие кристаллические формы, такие как 3C-SiC. Однако 3C-SiC представляет собой кристаллическую форму, обычно используемую в покрытиях SiC. Температура реакции около 1600 ℃ достигла предела 3C-SiC. Поэтому срок службы покрытий SiC в основном ограничивается температурой реакции эпитаксии SiC.

Поскольку темпы роста отложений SIC на покрытиях SIC очень быстры, горизонтальное эпитаксиальное оборудование SIC горизонтали должно быть закрыто, а запасные части SIC для покрытия внутри необходимо выбирать после непрерывного производства в течение определенного периода времени. Избыточные отложения, такие как SIC на деталях покрытия SIC, удаляются механическим трением → Снижение пыли → Ультразвуковая очистка → Очистка высокой температуры. Этот метод имеет много механических процессов, и его легко вызвать механическое повреждение покрытия.

Ввиду многих проблем, с которыми сталкиваютсяSiC-покрытиеВ SIC эпитаксиальное оборудование, в сочетании с превосходными характеристиками покрытия TAC в оборудовании для роста кристаллов SIC, заменив покрытие SIC вКарбид кремния эпитаксиальныйОборудование с покрытием TAC постепенно вводилось в видение производителей оборудования и пользователей оборудования. С одной стороны, TAC имеет температуру плавления до 3880 ℃ и устойчив к химической коррозии, такой как NH3, H2, Si и HCL Vapor при высоких температурах, и обладает чрезвычайно сильной высокой температурной сопротивлением и коррозионной стойкостью. С другой стороны, скорость роста SIC на покрытии TAC намного медленнее, чем скорость роста SIC на покрытии SIC, что может облегчить проблемы большого количества падения частиц и цикла обслуживания короткого оборудования, а также избыточные отложения, такие как SIC не может сформировать сильный химический металлургический взаимодействие сПокрытие TAC, а лишние осадки удалить легче, чем SiC, однородно выращенный на покрытии SiC.