التكنولوجيا الأساسية لنموSiC epaxialتُعدّ تقنيات التحكم في العيوب، وخاصةً تلك التي تُعرّض الأجهزة لخطر التلف أو تدهور الموثوقية، من أهمّ جوانب علم المواد. وتُشكّل دراسة آلية امتداد عيوب الركيزة إلى الطبقة المُرَسَّبة أثناء عملية النمو، وقوانين انتقال وتحوّل العيوب عند السطح الفاصل بين الركيزة والطبقة المُرَسَّبة، وآلية تكوّن العيوب، أساسًا لتوضيح العلاقة بين عيوب الركيزة وعيوب البنية في الطبقة المُرَسَّبة، مما يُسهم بفعالية في توجيه عملية اختيار الركائز وتحسين عملية النمو.
عيوبطبقات السيليكون كاربيد المترسبةتنقسم عيوب مورفولوجيا السطح بشكل رئيسي إلى فئتين: عيوب بلورية وعيوب مورفولوجية سطحية. تنشأ العيوب البلورية، بما في ذلك العيوب النقطية، والانخلاعات اللولبية، وعيوب الأنابيب الدقيقة، والانخلاعات الحافية، وغيرها، في الغالب من عيوب في ركائز كربيد السيليكون وتنتشر إلى الطبقة المترسبة. يمكن ملاحظة العيوب المورفولوجية السطحية مباشرةً بالعين المجردة باستخدام المجهر، ولها خصائص مورفولوجية مميزة. تشمل العيوب المورفولوجية السطحية بشكل رئيسي: الخدوش، والعيوب المثلثية، وعيوب الجزرة، والانهيارات، والجسيمات، كما هو موضح في الشكل 4. أثناء عملية الترسيب الطبقي، قد تؤثر الجسيمات الغريبة، وعيوب الركيزة، وتلف السطح، وانحرافات عملية الترسيب الطبقي على نمط نمو التدفق الموضعي للخطوات، مما يؤدي إلى ظهور عيوب مورفولوجية سطحية.
الجدول 1. أسباب تكوّن عيوب المصفوفة الشائعة وعيوب مورفولوجيا السطح في طبقات السيليكون كاربيد المترسبة.
عيوب نقطية
تتشكل العيوب النقطية نتيجةً للفراغات أو الثغرات في نقطة شبكية واحدة أو عدة نقاط شبكية، وهي لا تمتد مكانيًا. قد تحدث هذه العيوب في جميع عمليات الإنتاج، وخاصةً في عملية زرع الأيونات. ومع ذلك، يصعب اكتشافها، كما أن العلاقة بين تحول العيوب النقطية والعيوب الأخرى معقدة للغاية.
الأنابيب الدقيقة (MP)
الأنابيب الدقيقة عبارة عن انخلاعات لولبية مجوفة تنتشر على طول محور النمو، ولها متجه بورغرز <0001>. يتراوح قطر الأنابيب الدقيقة من جزء من الميكرون إلى عشرات الميكرونات. تظهر الأنابيب الدقيقة على سطح رقائق كربيد السيليكون (SiC) على شكل حفر كبيرة. عادةً، تبلغ كثافة الأنابيب الدقيقة حوالي 0.1 إلى 1 سم⁻²، وتستمر في الانخفاض مع مراقبة جودة إنتاج الرقائق التجارية.
الانخلاعات اللولبية (TSD) والانخلاعات الحافية (TED)
تُعدّ الانخلاعات في كربيد السيليكون المصدر الرئيسي لتدهور الأجهزة وفشلها. تمتد كل من الانخلاعات اللولبية (TSD) والانخلاعات الحافية (TED) على طول محور النمو، بمتجهات بورغرز <0001> و 1/3<11–20> على التوالي.
يمكن لكل من الانخلاعات اللولبية (TSD) والانخلاعات الحافية (TED) أن تمتد من الركيزة إلى سطح الرقاقة، مُحدثةً تضاريس سطحية صغيرة تشبه الحفر (الشكل 4ب). عادةً، تبلغ كثافة الانخلاعات الحافية حوالي عشرة أضعاف كثافة الانخلاعات اللولبية. وقد تتحول الانخلاعات اللولبية الممتدة، أي تلك التي تمتد من الركيزة إلى الطبقة الرقيقة، إلى عيوب أخرى وتنتشر على طول محور النمو.SiC epaxialأثناء النمو، تتحول الانخلاعات اللولبية إلى عيوب تكديس (SF) أو عيوب جزرة، في حين تبين أن الانخلاعات الحافية في الطبقات الرقيقة تتحول من انخلاعات المستوى القاعدي (BPDs) الموروثة من الركيزة أثناء النمو المتناحي.
خلع المستوى الأساسي (BPD)
تقع عيوب قاع البزموت (BPDs) على المستوى القاعدي لكربيد السيليكون (SiC)، ولها متجه بورغرز مقداره 1/3 <11–20>. ونادرًا ما تظهر هذه العيوب على سطح رقائق كربيد السيليكون. وعادةً ما تتركز على الركيزة بكثافة 1500 سم⁻²، بينما تبلغ كثافتها في الطبقة الرقيقة حوالي 10 سم⁻² فقط. ويُظهر الكشف عن عيوب قاع البزموت باستخدام التألق الضوئي (PL) خصائص خطية، كما هو موضح في الشكل 4ج.SiC epaxialمع النمو، قد تتحول عيوب حدود الحبيبات الممتدة إلى عيوب تكديس (SF) أو انخلاعات حافة (TED).
أخطاء التراص (SFs)
عيوب في تسلسل التراص في المستوى القاعدي لكربيد السيليكون. قد تظهر عيوب التراص في الطبقة المترسبة نتيجةً لانتقال عيوب التراص من الركيزة، أو قد تكون مرتبطة بامتداد وتحول انخلاعات المستوى القاعدي وانخلاعات اللولب. عادةً، تقل كثافة عيوب التراص عن 1 سم⁻²، وتظهر بشكل مثلثي عند الكشف عنها باستخدام تقنية التألق الضوئي، كما هو موضح في الشكل 4هـ. مع ذلك، يمكن أن تتشكل أنواع مختلفة من عيوب التراص في كربيد السيليكون، مثل عيوب شوكلي وفرانك، لأن حتى كمية صغيرة من اضطراب طاقة التراص بين المستويات قد تؤدي إلى عدم انتظام كبير في تسلسل التراص.
سقوط
ينشأ عيب السقوط بشكل رئيسي من سقوط الجسيمات على الجدران العلوية والجانبية لغرفة التفاعل أثناء عملية النمو، والتي يمكن تحسينها من خلال تحسين عملية الصيانة الدورية لمستهلكات الجرافيت في غرفة التفاعل.
عيب مثلثي
هي عبارة عن شوائب متعددة الأنماط من كربيد السيليكون 3C-SiC تمتد إلى سطح طبقة كربيد السيليكون الرقيقة على طول اتجاه المستوى القاعدي، كما هو موضح في الشكل 4g. قد تتولد هذه الشوائب نتيجة سقوط الجسيمات على سطح طبقة كربيد السيليكون الرقيقة أثناء النمو الطبقي. تندمج هذه الجسيمات في الطبقة الرقيقة وتتداخل مع عملية النمو، مما يؤدي إلى ظهور شوائب متعددة الأنماط من كربيد السيليكون 3C-SiC، والتي تتميز بخصائص سطحية مثلثة حادة الزوايا، حيث تقع الجسيمات عند رؤوس المنطقة المثلثة. وقد عزت العديد من الدراسات أيضًا أصل هذه الشوائب متعددة الأنماط إلى الخدوش السطحية، والأنابيب الدقيقة، ومعايير غير مناسبة لعملية النمو.
عيب في الجزر
عيب الجزرة هو عبارة عن مجموعة من عيوب التراص ذات طرفين يقعان عند مستويي TSD وSF القاعديين للبلورة، وينتهيان بانخلاع من نوع فرانك. يرتبط حجم عيب الجزرة بعيب التراص المنشوري. يشكل اجتماع هذه الخصائص الشكل السطحي لعيب الجزرة، والذي يشبه شكل الجزرة بكثافة أقل من 1 سم⁻²، كما هو موضح في الشكل 4f. تتشكل عيوب الجزرة بسهولة عند خدوش التلميع، أو عيوب التراص من نوع TSD، أو عيوب الركيزة.
خدوش
الخدوش هي أضرار ميكانيكية تتشكل على سطح رقائق كربيد السيليكون أثناء عملية الإنتاج، كما هو موضح في الشكل 4ح. قد تعيق هذه الخدوش نمو الطبقة الرقيقة، أو تُنتج صفًا من الانخلاعات عالية الكثافة داخلها، أو قد تُشكل أساسًا لتكوين عيوب تشبه الجزر. لذلك، من الضروري صقل رقائق كربيد السيليكون بدقة، لأن هذه الخدوش قد تؤثر بشكل كبير على أداء الجهاز عند ظهورها في المنطقة الفعالة منه.
عيوب أخرى في مورفولوجيا السطح
يُعدّ تكتل الخطوات عيبًا سطحيًا يتشكل أثناء عملية النمو الطبقي لطبقة كربيد السيليكون، مما يُنتج أشكالًا مثلثية منفرجة أو شبه منحرفة على سطح هذه الطبقة. وهناك العديد من العيوب السطحية الأخرى، مثل الحفر والنتوءات والبقع. وتنتج هذه العيوب عادةً عن عمليات نمو غير مُحسّنة وإزالة غير كاملة لأضرار التلميع، مما يؤثر سلبًا على أداء الجهاز.
تاريخ النشر: 5 يونيو 2024