SiC 코팅 흑연 서셉터가 실패하는 이유는 무엇입니까? - 베텍반도체

SiC 코팅 흑연 서셉터의 고장 요인 분석

일반적으로 에피택셜 SiC 코팅 흑연 서셉터는 외부 충격을 받는 경우가 많습니다.이는 취급 과정, 적재 및 하역 또는 우발적인 인간 충돌로 인해 발생할 수 있는 사용 중 충격입니다. 그러나 주요 영향 요인은 여전히 ​​웨이퍼 충돌에서 비롯됩니다. 사파이어와 SiC 기판 모두 매우 단단합니다. 충격 문제는 특히 고속 MOCVD 장비에서 흔히 발생하며 에피택셜 디스크의 속도는 최대 1000rpm에 달할 수 있습니다. 기계의 시동, 종료 및 작동 중에 관성의 영향으로 인해 단단한 기판이 종종 던져져 에피택셜 디스크 피트의 측벽이나 가장자리에 부딪혀 SiC 코팅이 손상됩니다. 특히 차세대 대형 MOCVD 장비의 경우 에피택셜 디스크의 외경이 700mm 이상이고, 강한 원심력으로 인해 기판의 충격력이 커지고 파괴력도 강해집니다.

NH3는 고온 열분해 후 다량의 원자 H를 생성하며, 원자 H는 흑연 상의 탄소와 강한 반응성을 갖는다. 균열 부위에 노출된 흑연 기재와 접촉하면 흑연을 강하게 에칭하고 반응하여 기체 탄화수소(NH3+C→HCN+H2)를 생성하며 흑연 기재에 시추공을 형성하여 중공을 포함한 전형적인 시추공 구조를 형성합니다. 영역 및 다공성 흑연 영역. 각 에피택시 공정에서 시추공은 균열에서 대량의 탄화수소 가스를 지속적으로 방출하고 공정 대기와 혼합되어 각 에피택시에서 성장한 에피택시 웨이퍼의 품질에 영향을 미치며 최종적으로 흑연 디스크가 조기에 폐기되게 합니다.

일반적으로 베이킹 트레이에 사용되는 가스는 소량의 H2와 N2입니다. H2는 AlN, AlGaN 등 디스크 표면의 침전물과 반응하는 데 사용되며, N2는 반응 생성물을 퍼지하는 데 사용됩니다. 그러나 H2/1300℃에서도 Al 함량이 높은 성분과 같은 침전물은 제거하기 어렵습니다. 일반 LED 제품의 경우 소량의 H2를 사용하여 베이킹 트레이를 청소할 수 있습니다. 그러나 GaN 전력소자나 RF 칩 등 요구사항이 높은 제품의 경우 베이킹 트레이를 청소하기 위해 Cl2 가스를 사용하는 경우가 많지만 LED에 사용되는 것에 비해 트레이 수명이 크게 단축되는 비용이 발생합니다. Cl2는 고온(Cl2+SiC→SiCl4+C)에서 SiC 코팅을 부식시켜 표면에 많은 부식 구멍과 잔류 자유탄소를 형성할 수 있기 때문에 Cl2는 먼저 SiC 코팅의 결정립계를 부식시킨 후 결정립을 부식시켜 결과적으로 균열 및 파손이 발생할 때까지 코팅 강도가 감소합니다.

SiC 에피택셜 가스 및 SiC 코팅 실패

SiC 에피텍셜 가스는 주로 H2(캐리어 가스), SiH4 또는 SiCl4(Si 소스 제공), C3H8 또는 CCl4(C 소스 제공), N2(N 소스 제공, 도핑용), TMA(트리메틸알루미늄, 도핑용 Al 소스 제공)를 포함합니다. ), HCl+H2(현장 에칭). SiC 에피택셜 코어 화학 반응: SiH4+C3H8→SiC+부산물(약 1650℃). SiC 기판은 SiC 에피택시 전에 습식 세정되어야 합니다. 습식 세정은 기계적 처리 후 기재의 표면을 개선하고, 다중 산화 및 환원을 통해 과잉 불순물을 제거할 수 있습니다. 그런 다음 HCl+H2를 사용하면 현장 에칭 효과를 향상시키고, Si 클러스터의 형성을 효과적으로 억제하며, Si 소스의 활용 효율을 향상시키고, 단결정 표면을 더 빠르고 더 좋게 에칭하여 명확한 표면 성장 단계를 형성하여 성장을 가속화할 수 있습니다. SiC 에피택셜 층 결함을 효과적으로 감소시킵니다. 그러나 HCl+H2는 SiC 기판을 현장에서 에칭하는 반면, 부품의 SiC 코팅(SiC+H2→SiH4+C)에 소량의 부식을 일으키기도 합니다. SiC 침전물은 에피택셜 퍼니스에서 계속 증가하기 때문에 이러한 부식은 거의 영향을 미치지 않습니다.

SiC는 대표적인 다결정 소재입니다. 가장 일반적인 결정 구조는 3C-SiC, 4H-SiC 및 6H-SiC이며, 그 중 4H-SiC는 주류 장치에 사용되는 결정 재료입니다. 결정 형태에 영향을 미치는 주요 요인 중 하나는 반응 온도입니다. 온도가 특정 온도보다 낮으면 다른 결정 형태가 쉽게 생성됩니다. 업계에서 널리 사용되는 4H-SiC 에피택시의 반응온도는 1550~1650℃이다. 온도가 1550℃보다 낮으면 3C-SiC 등 다른 결정 형태가 쉽게 생성된다. 그러나 3C-SiC는 SiC 코팅에 일반적으로 사용되는 결정 형태입니다. 약 1600℃의 반응 온도는 3C-SiC의 한계에 도달했습니다. 따라서 SiC 코팅의 수명은 주로 SiC 에피택시의 반응 온도에 의해 제한됩니다.

SiC 코팅의 SiC 증착물 성장 속도는 매우 빠르기 때문에 수평 고온벽 SiC 에피택시 장비를 폐쇄해야 하며 일정 기간 동안 연속 생산한 후 내부의 SiC 코팅 부품을 꺼내야 합니다. SiC 코팅 부품에 남아 있는 SiC 등 과잉 침전물은 기계적 마찰 → 먼지 제거 → 초음파 세척 → 고온 정제를 통해 제거됩니다. 이 방법은 기계적 공정이 많아 코팅에 기계적 손상을 일으키기 쉽습니다.

현재 직면하고 있는 많은 문제들을 고려하여SiC 코팅SiC 에피텍셜 장비에서는 SiC 결정 성장 장비의 TaC 코팅의 우수한 성능과 결합되어 SiC 코팅을 대체합니다.SiC 에피텍셜TaC 코팅 장비는 점차 장비 제조업체와 장비 사용자의 비전에 들어갔습니다. 한편, TaC는 녹는점이 3880℃에 달하며 고온에서 NH3, H2, Si, HCl 증기 등 화학적 부식에 강하고 내열성과 내식성이 매우 강하다. 반면, TaC 코팅 위의 SiC 성장 속도는 SiC 코팅 위의 SiC 성장 속도에 비해 훨씬 느리기 때문에 파티클 낙하량이 많고, 장비 유지보수 주기가 짧으며, SiC 등 과잉 침전물이 발생하는 문제를 완화할 수 있다. 강한 화학적 야금학적 경계면을 형성할 수 없습니다.TaC 코팅, 과잉 침전물은 SiC 코팅에서 균질하게 성장한 SiC보다 제거하기가 더 쉽습니다.