SiC コーティングされたグラファイト サセプタが故障するのはなぜですか? - ヴェテック・セミコンダクター

SiCコーティンググラファイトサセプタの故障要因の解析

通常、エピタキシャルSICコーティンググラファイト容疑者はしばしば外部Iにさらされます使用中の衝撃は、取り扱いプロセス、積み降ろし、または偶発的な人的衝突によって発生する可能性があります。しかし、主な衝撃要因は依然としてウェーハの衝突によるものです。サファイア基板も SiC 基板も非常に硬いです。衝撃の問題は高速 MOCVD 装置で特に一般的であり、そのエピタキシャル ディスクの速度は最大 1000 rpm に達することがあります。機械の起動、停止、および動作中に、慣性の影響により、硬質基板が頻繁に投げられ、エピタキシャル ディスク ピットの側壁またはエッジに衝突し、SiC コーティングに損傷を与えます。特に新世代の大型MOCVD装置では、エピタキシャルディスクの外径が700mmを超え、強力な遠心力により基板への衝撃力が大きくなり、破壊力が強くなります。

NH3は、高温の熱分解後に大量の原子Hを生成し、原子Hはグラファイト相で炭素に対して強い反応性を持っています。亀裂の露出したグラファイト基板に接触すると、グラファイトを強くエッチングし、反応して気体炭化水素（NH3+C→HCN+H2）を生成し、グラファイト基板にボアホールを形成し、中空を含む典型的なボアホール構造をもたらします。面積と多孔質グラファイト領域。各エピタキシャルプロセスでは、ボアホールは亀裂から大量の炭化水素ガスを継続的に放出し、プロセス大気に混ぜ、各エピタキシーによって成長したエピタキシャルウェーハの品質に影響を与え、最終的にグラフィットディスクを早期に廃棄します。

一般的に、ベーキングトレイで使用されるガスは少量の H2 と N2 です。 H2 は、AlN や AlGaN などのディスク表面の堆積物と反応するために使用され、N2 は反応生成物をパージするために使用されます。ただし、Al成分の多い堆積物はH2/1300℃でも除去が困難です。通常の LED 製品の場合、ベーキングトレイの洗浄に少量の H2 を使用できます。ただし、GaN パワーデバイスや RF チップなどのより高い要件を持つ製品の場合、ベーキングトレイの洗浄に Cl2 ガスがよく使用されますが、その代償としてトレイの寿命が LED に使用されるものと比べて大幅に短くなります。 Cl2 は高温で SiC コーティングを腐食し (Cl2+SiC→SiCl4+C)、表面に多くの腐食穴と残留遊離炭素を形成する可能性があるため、Cl2 はまず SiC コーティングの粒界を腐食し、次に粒子を腐食します。亀裂や破損に至るまでのコーティング強度の低下。

SICエピタキシャルガスおよびSICコーティングの故障

SICエピタキシャルガスには、主にH2（キャリアガスとして）、SIH4またはSICL4（SIソースを提供）、C3H8またはCCL4（Cソースを提供）、N2（ドーピング用のNソースを提供）、TMA（トリメチルアルミニウム、ドーピング用のALソースを提供します。 ）、Hcl+H2（in-situエッチング）。 SICエピタキシャルコア化学反応：SIH4+C3H8→SIC+副産物（約1650℃）。 SIC基質は、SICエピタキシーの前に濡れて洗浄する必要があります。ウェットクリーニングは、機械的処理後の基質の表面を改善し、複数の酸化と還元により過剰な不純物を除去することができます。次に、Hcl+H2を使用すると、in-situエッチング効果を高め、SIクラスターの形成を効果的に阻害し、SI源の利用効率を改善し、単結晶表面をより速くより良くし、明確な表面成長ステップを形成し、成長を加速します。速度、およびSICエピタキシャル層の欠陥を効果的に削減します。ただし、Hcl+H2はSIC基質を帯にエッチングしますが、部品のSICコーティングに少量の腐食も引き起こします（SIC+H2→SIH4+C）。 SIC堆積物はエピタキシャル炉とともに増加し続けているため、この腐食はほとんど効果がありません。

SICは典型的な多結晶材料です。最も一般的な結晶構造は、3C-SIC、4H-SIC、および6H-SICであり、そのうち4H-SICは主流デバイスで使用される結晶材料です。結晶型に影響を与える主要な要因の1つは、反応温度です。温度が特定の温度よりも低い場合、他の結晶型は簡単に生成されます。業界で広く使用されている4H-SICエピタキシーの反応温度は1550〜1650°です。温度が1550°より低い場合、3C-SICなどの他の結晶型は簡単に生成されます。ただし、3C-SICは、SICコーティングで一般的に使用される結晶形です。約1600個の反応温度が3C-SICの限界に達しました。したがって、SICコーティングの寿命は、主にSICエピタキシーの反応温度によって制限されています。

SiCコーティング上のSiC堆積物の成長速度は非常に速いため、一定期間連続生産した後は、横型ホットウォールSiCエピタキシャル装置を停止し、内部のSiCコーティング部品を取り出す必要があります。 SiCコーティング部分のSiC等の余分な堆積物は、機械的摩擦→除塵→超音波洗浄→高温精製により除去されます。この方法は機械的な工程が多く、塗膜に機械的なダメージを与えやすいです。

直面する多くの問題を考慮して、SICコーティングSICエピタキシャル装置では、SICクリスタル成長機器のTACコーティングの優れた性能と組み合わせて、SICコーティングを交換しますsicエピタキシャルTaC コーティングを施した装置は、徐々に装置メーカーや装置ユーザーの視野に入ってきました。一方で、TaCは融点が3880℃に達し、高温でのNH3、​​H2、Si、HCl蒸気などの化学腐食に強く、非常に強い耐高温性と耐食性を持っています。一方、TaC コーティング上の SiC の成長速度は、SiC コーティング上の SiC の成長速度よりもはるかに遅いため、大量の粒子落下と短い設備メンテナンスサイクルの問題、および SiC などの過剰な堆積物の問題を軽減できます。強力な化学冶金界面を形成できないTaCコーティング、そして、余分な堆積物は、SICコーティングで均一に成長するよりも除去が容易です。