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 コーティングされたグラファイト サセプタは外部からの刺激を受けることがよくあります。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 は高温熱分解後に大量の原子状 H を生成しますが、原子状 H はグラファイト相の炭素に対して強い反応性を持っています。亀裂の露出した黒鉛基材に接触すると、黒鉛が強くエッチングされ、反応してガス状炭化水素（NH3+C→HCN+H2）が生成され、黒鉛基材にボーリング孔が形成され、中空を含む典型的なボーリング孔構造が形成されます。領域と多孔質黒鉛領域。各エピタキシャルプロセスでは、ボアホールから亀裂から大量の炭化水素ガスが継続的に放出され、プロセス雰囲気に混入し、各エピタキシャルで成長するエピタキシャルウェーハの品質に影響を与え、最終的にはグラファイトディスクが早期に廃棄される原因になります。

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 ガスと SiC コーティングの欠陥

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) が含まれます。 )、HCl+H2 (その場エッチング)。 SiCエピタキシャルコアの化学反応：SiH4+C3H8→SiC+副生成物（約1650℃）。 SiC 基板は、SiC エピタキシーの前にウェットクリーニングする必要があります。湿式洗浄は、機械的処理後の基板の表面を改善し、複数の酸化と還元を通じて余分な不純物を除去します。次に、HCl + H2 を使用すると、その場エッチング効果が強化され、Si クラスターの形成が効果的に抑制され、Si ソースの利用効率が向上し、単結晶表面のエッチングがより速く、より良く行われ、透明な表面成長ステップが形成され、成長が加速されます。率を高め、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 基板をその場でエッチングしますが、部品上の 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)。エピタキシャル炉では SiC の堆積物が増加し続けるため、この腐食の影響はほとんどありません。

SiC は代表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、その中で 4H-SiC が主流のデバイスで使用される結晶材料です。結晶形に影響を与える主な要因の 1 つは反応温度です。ある温度より低いと他の結晶形が生成しやすくなります。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。 1550℃未満では3C-SiCなど他の結晶形が生成しやすくなります。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。反応温度約1600℃は3C-SiCの限界に達しています。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におけるTaCコーティングの優れた性能とSiC結晶成長装置におけるSiCコーティングの代替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、余分な堆積物は、SiC コーティング上に均一に成長した SiC よりも除去しやすいです。