SiC लेपित ग्रेफाइट ससेप्टर अयशस्वी का होतो? - VeTek सेमीकंडक्टर

SiC लेपित ग्रेफाइट ससेप्टरच्या अपयश घटकांचे विश्लेषण

सहसा, एपिटॅक्सियल SiC लेपित ग्रेफाइट ससेप्टर्स बहुतेकदा बाह्य i च्या अधीन असतातवापरादरम्यान mpact, जे हाताळणी प्रक्रियेतून, लोडिंग आणि अनलोडिंग किंवा अपघाती मानवी टक्करमधून येऊ शकते. परंतु मुख्य प्रभाव घटक अजूनही वेफर्सच्या टक्करमधून येतो. नीलम आणि SiC दोन्ही थर खूप कठीण आहेत. विशेषत: हाय-स्पीड MOCVD उपकरणांमध्ये प्रभावाची समस्या सामान्य आहे आणि त्याच्या एपिटॅक्सियल डिस्कची गती 1000 rpm पर्यंत पोहोचू शकते. मशीनच्या स्टार्ट-अप, शटडाउन आणि ऑपरेशन दरम्यान, जडत्वाच्या प्रभावामुळे, कठोर सब्सट्रेट अनेकदा फेकले जाते आणि बाजूच्या भिंतीवर किंवा एपिटॅक्सियल डिस्क खड्ड्याच्या काठावर आदळते, ज्यामुळे SiC कोटिंगचे नुकसान होते. विशेषत: मोठ्या MOCVD उपकरणांच्या नवीन पिढीसाठी, त्याच्या एपिटॅक्सियल डिस्कचा बाह्य व्यास 700 मिमी पेक्षा जास्त आहे आणि मजबूत केंद्रापसारक शक्ती सब्सट्रेटची प्रभाव शक्ती अधिक आणि विनाशकारी शक्ती मजबूत करते.

उच्च-तापमानाच्या पायरोलिसिसनंतर NH3 मोठ्या प्रमाणात अणू एच तयार करते आणि अणू एच ची ग्रेफाइट टप्प्यात कार्बनवर तीव्र प्रतिक्रिया असते. जेव्हा ते क्रॅकवर उघडलेल्या ग्रेफाइट सब्सट्रेटशी संपर्क साधते तेव्हा ते ग्रेफाइटला जोरदार खोदते, वायूयुक्त हायड्रोकार्बन्स (NH3+C→HCN+H2) तयार करण्यासाठी प्रतिक्रिया देते आणि ग्रेफाइट सब्सट्रेटमध्ये बोअरहोल तयार करते, परिणामी पोकळीसह एक विशिष्ट बोअरहोल रचना तयार होते. क्षेत्रफळ आणि सच्छिद्र ग्रेफाइट क्षेत्र. प्रत्येक एपिटॅक्सियल प्रक्रियेत, बोअरहोल क्रॅकमधून सतत मोठ्या प्रमाणात हायड्रोकार्बन वायू सोडतात, प्रक्रियेच्या वातावरणात मिसळतात, प्रत्येक एपिटॅक्सीने वाढलेल्या एपिटॅक्सियल वेफर्सच्या गुणवत्तेवर परिणाम करतात आणि शेवटी ग्रेफाइट डिस्क लवकर स्क्रॅप केली जाते.

सर्वसाधारणपणे, बेकिंग ट्रेमध्ये वापरला जाणारा वायू हा H2 प्लस N2 ची लहान रक्कम आहे. H2 चा वापर AlN आणि AlGaN सारख्या डिस्कच्या पृष्ठभागावरील ठेवींवर प्रतिक्रिया देण्यासाठी केला जातो आणि N2 चा वापर प्रतिक्रिया उत्पादने शुद्ध करण्यासाठी केला जातो. तथापि, उच्च अल घटकांसारख्या ठेवी H2/1300℃ वर देखील काढणे कठीण आहे. सामान्य एलईडी उत्पादनांसाठी, बेकिंग ट्रे साफ करण्यासाठी H2 ची लहान रक्कम वापरली जाऊ शकते; तथापि, उच्च आवश्यकता असलेल्या उत्पादनांसाठी जसे की GaN पॉवर उपकरणे आणि RF चिप्स, Cl2 गॅसचा वापर बेकिंग ट्रे साफ करण्यासाठी केला जातो, परंतु LED साठी वापरल्या जाणाऱ्या ट्रेच्या तुलनेत ट्रेचे आयुष्य खूपच कमी होते. कारण Cl2 उच्च तापमानात (Cl2+SiC→SiCl4+C) SiC कोटिंग खराब करू शकते आणि पृष्ठभागावर अनेक गंज छिद्र आणि अवशिष्ट मुक्त कार्बन तयार करू शकते, Cl2 प्रथम SiC कोटिंगच्या धान्याच्या सीमांना कोर्रोड करते आणि नंतर धान्य खराब करते, परिणामी क्रॅक आणि अयशस्वी होईपर्यंत कोटिंगची ताकद कमी होते.

SiC एपिटॅक्सियल गॅस आणि SiC कोटिंग अपयश

SiC epitaxial वायूमध्ये प्रामुख्याने H2 (वाहक वायू म्हणून), SiH4 किंवा SiCl4 (Si स्त्रोत प्रदान करणे), C3H8 किंवा CCl4 (C स्त्रोत प्रदान करणे), N2 (डोपिंगसाठी N स्त्रोत प्रदान करणे), TMA (ट्रायमेथिल्युमिनियम, डोपिंगसाठी अल स्रोत प्रदान करणे) यांचा समावेश होतो. ), HCl+H2 (इन-सिटू एचिंग). SiC epitaxial कोर रासायनिक प्रतिक्रिया: SiH4+C3H8→SiC+उपउत्पादन (सुमारे 1650℃). SiC सब्सट्रेट्स SiC epitaxy आधी ओले साफ करणे आवश्यक आहे. यांत्रिक उपचारानंतर ओल्या साफसफाईमुळे सब्सट्रेटची पृष्ठभाग सुधारू शकते आणि एकाधिक ऑक्सिडेशन आणि कपात करून अतिरिक्त अशुद्धता काढून टाकता येते. नंतर HCl+H2 वापरल्याने इन-सिटू एचिंग इफेक्ट वाढवता येतो, Si क्लस्टर्सची निर्मिती प्रभावीपणे रोखता येते, Si स्त्रोताच्या वापराची कार्यक्षमता सुधारते आणि एकल क्रिस्टल पृष्ठभाग जलद आणि चांगले कोरते, एक स्पष्ट पृष्ठभागाच्या वाढीची पायरी तयार करते, वाढीचा वेग वाढवते. दर, आणि प्रभावीपणे SiC epitaxial स्तर दोष कमी. तथापि, HCl+H2 ने SiC सब्सट्रेट इन-सिटू कोरत असताना, यामुळे भागांवर (SiC+H2→SiH4+C) SiC कोटिंगला थोड्या प्रमाणात क्षरण देखील होते. एपिटॅक्सियल फर्नेससह SiC ठेवी सतत वाढत असल्याने, या क्षरणाचा थोडासा परिणाम होत नाही.

SiC एक विशिष्ट पॉलीक्रिस्टलाइन सामग्री आहे. सर्वात सामान्य क्रिस्टल संरचना 3C-SiC, 4H-SiC आणि 6H-SiC आहेत, त्यापैकी 4H-SiC ही मुख्य प्रवाहातील उपकरणांद्वारे वापरली जाणारी क्रिस्टल सामग्री आहे. क्रिस्टल फॉर्मवर परिणाम करणारे प्रमुख घटक म्हणजे प्रतिक्रिया तापमान. जर तापमान एका विशिष्ट तापमानापेक्षा कमी असेल तर इतर स्फटिकाचे स्वरूप सहज निर्माण होईल. उद्योगात मोठ्या प्रमाणावर वापरल्या जाणाऱ्या 4H-SiC एपिटॅक्सीचे प्रतिक्रिया तापमान 1550~1650℃ आहे. जर तापमान 1550 ℃ पेक्षा कमी असेल तर, 3C-SiC सारखे इतर क्रिस्टल फॉर्म सहज तयार होतील. तथापि, 3C-SiC हा क्रिस्टल फॉर्म आहे जो सामान्यतः SiC कोटिंग्जमध्ये वापरला जातो. सुमारे 1600℃ च्या प्रतिक्रिया तापमान 3C-SiC च्या मर्यादेपर्यंत पोहोचले आहे. म्हणून, SiC कोटिंग्सचे आयुष्य प्रामुख्याने SiC एपिटॅक्सीच्या प्रतिक्रिया तापमानाद्वारे मर्यादित आहे.

SiC कोटिंग्जवरील SiC ठेवींचा वाढीचा दर खूप वेगवान असल्याने, क्षैतिज गरम भिंतीची SiC एपिटॅक्सियल उपकरणे बंद करणे आवश्यक आहे आणि काही कालावधीसाठी सतत उत्पादन केल्यानंतर आतमधील SiC कोटिंग भाग बाहेर काढणे आवश्यक आहे. SiC कोटिंग भागांवरील SiC सारख्या अतिरिक्त ठेवी यांत्रिक घर्षण → धूळ काढणे → प्रचंड कंपनसंख्या असलेल्या (ध्वनिलहरी) साफसफाई → उच्च तापमान शुद्धीकरणाद्वारे काढल्या जातात. या पद्धतीमध्ये अनेक यांत्रिक प्रक्रिया आहेत आणि कोटिंगला यांत्रिक नुकसान करणे सोपे आहे.

समोर येणाऱ्या अनेक समस्या पाहताSiC कोटिंगSiC epitaxial उपकरणांमध्ये, SiC क्रिस्टल ग्रोथ इक्विपमेंटमधील TaC कोटिंगच्या उत्कृष्ट कामगिरीसह, SiC कोटिंगच्या जागीSiC epitaxialटीएसी कोटिंगसह उपकरणे हळूहळू उपकरणे उत्पादक आणि उपकरणे वापरकर्त्यांच्या दृष्टीमध्ये प्रवेश करतात. एकीकडे, TaC चा वितळण्याचा बिंदू 3880℃ पर्यंत आहे, आणि उच्च तापमानात NH3, H2, Si आणि HCl वाष्प यांसारख्या रासायनिक गंजांना प्रतिरोधक आहे, आणि अत्यंत मजबूत उच्च तापमान प्रतिकार आणि गंज प्रतिरोधक आहे. दुसरीकडे, TaC कोटिंगवरील SiC चा वाढीचा दर SiC कोटिंगवरील SiC च्या वाढीच्या दरापेक्षा खूपच कमी आहे, ज्यामुळे मोठ्या प्रमाणात कण पडणे आणि लहान उपकरणे देखभाल चक्र आणि SiC सारख्या अतिरिक्त गाळाच्या समस्या दूर होऊ शकतात. सह मजबूत रासायनिक धातुकर्म इंटरफेस तयार करू शकत नाहीTaC कोटिंग, आणि SiC कोटिंगवर एकसंधपणे वाढलेल्या SiC पेक्षा जास्त गाळ काढणे सोपे आहे.