Основната технология за растежа наSiC епитаксиаленМатериалите са на първо място технология за контрол на дефектите, особено за технологии за контрол на дефектите, които са склонни към повреда на устройството или влошаване на надеждността. Изучаването на механизма на разпространение на дефекти в субстрата в епитаксиалния слой по време на процеса на епитаксиален растеж, законите за пренасяне и трансформация на дефекти на границата между субстрата и епитаксиалния слой и механизмът на нуклеация на дефекти са основата за изясняване на корелацията между дефектите на субстрата и епитаксиалните структурни дефекти, което може ефективно да насочи скрининга на субстрата и оптимизацията на епитаксиалния процес.
Дефектите наЕпитаксиални слоеве от силициев карбидсе разделят главно на две категории: кристални дефекти и дефекти на повърхностната морфология. Кристалните дефекти, включително точкови дефекти, винтови дислокации, дефекти на микротубулите, ръбови дислокации и др., произхождат най-вече от дефекти върху SiC подложки и дифундират в епитаксиалния слой. Дефектите на повърхностната морфология могат да се наблюдават директно с просто око с помощта на микроскоп и имат типични морфологични характеристики. Дефектите на повърхностната морфология включват главно: драскотина, триъгълен дефект, дефект тип „морков“, спад и частици, както е показано на Фигура 4. По време на епитаксиалния процес, чужди частици, дефекти на подложката, повърхностни повреди и отклонения от епитаксиалния процес могат да повлияят на локалния режим на растеж на стъпаловиден поток, което да доведе до дефекти на повърхностната морфология.
Таблица 1. Причини за образуване на често срещани матрични дефекти и дефекти на повърхностната морфология в епитаксиални слоеве SiC
Точкови дефекти
Точковите дефекти се образуват от ваканции или пролуки в една или няколко точки на решетката и нямат пространствено разширение. Точковите дефекти могат да възникнат във всеки производствен процес, особено при йонната имплантация. Те обаче са трудни за откриване и връзката между трансформацията на точковите дефекти и други дефекти също е доста сложна.
Микротръби (MP)
Микротръбите са кухи винтови дислокации, които се разпространяват по оста на растеж, с вектор на Бюргерс <0001>. Диаметърът на микротръбите варира от части от микрона до десетки микрона. Микротръбите показват големи повърхностни характеристики, подобни на вдлъбнатини, по повърхността на SiC пластините. Обикновено плътността на микротръбите е около 0,1~1 cm-2 и продължава да намалява при мониторинг на качеството на търговското производство на пластини.
Винтови дислокации (TSD) и ръбови дислокации (TED)
Дислокациите в SiC са основният източник на деградация и повреда на устройствата. Както винтовите дислокации (TSD), така и ръбените дислокации (TED) се простират по оста на растеж, с вектори на Бюргерс съответно <0001> и 1/3<11–20>.
Както винтовите дислокации (TSD), така и ръбовите дислокации (TED) могат да се простират от субстрата до повърхността на пластината и да създават малки повърхностни характеристики, подобни на вдлъбнатини (Фигура 4b). Обикновено плътността на ръбовите дислокации е около 10 пъти по-голяма от тази на винтовите дислокации. Разширените винтови дислокации, т.е. простиращи се от субстрата до епислоя, могат също да се трансформират в други дефекти и да се разпространяват по оста на растеж. По време наSiC епитаксиаленрастеж, винтовите дислокации се превръщат в дефекти на подреждане (SF) или дефекти тип „морков“, докато е показано, че ръбовите дислокации в епислоевете се превръщат от дислокации на базалната равнина (BPD), наследени от субстрата по време на епитаксиален растеж.
Дислокация на основната равнина (BPD)
Разположени върху базалната равнина на SiC, с вектор на Бюргерс от 1/3 <11–20>. BPD рядко се появяват върху повърхността на SiC пластини. Те обикновено са концентрирани върху субстрата с плътност от 1500 cm-2, докато плътността им в епислоя е само около 10 cm-2. Откриването на BPD с помощта на фотолуминесценция (PL) показва линейни характеристики, както е показано на Фигура 4c. По време наSiC епитаксиаленрастеж, удължените BPD могат да се превърнат в дефекти на подреждане (SF) или ръбни дислокации (TED).
Дефекти на подреждане (SFs)
Дефекти в последователността на подреждане на базалната равнина на SiC. Дефектите на подреждане могат да се появят в епитаксиалния слой чрез наследяване на SFs в субстрата или да бъдат свързани с разширяването и трансформацията на дислокации в базалната равнина (BPDs) и дислокации на резбови винтове (TSDs). Обикновено плътността на SFs е по-малка от 1 cm-2 и те показват триъгълна характеристика, когато се открият с помощта на PL, както е показано на Фигура 4e. Въпреки това, в SiC могат да се образуват различни видове дефекти на подреждане, като например тип Shockley и тип Frank, тъй като дори малко количество разстройство на енергията на подреждане между равнините може да доведе до значителна нередовност в последователността на подреждане.
Падение
Дефектът от падането произтича главно от падането на частици върху горната и страничните стени на реакционната камера по време на процеса на растеж, което може да бъде оптимизирано чрез оптимизиране на процеса на периодична поддръжка на графитните консумативи на реакционната камера.
Триъгълен дефект
Това е 3C-SiC политипно включване, което се простира до повърхността на SiC епислоя по посока на базалната равнина, както е показано на Фигура 4g. То може да се генерира от падащите частици върху повърхността на SiC епислоя по време на епитаксиален растеж. Частиците се вграждат в епислоя и пречат на процеса на растеж, което води до 3C-SiC политипни включвания, които показват остроъгълни триъгълни повърхностни характеристики с частици, разположени във върховете на триъгълната област. Много изследвания също така приписват произхода на политипните включвания на повърхностни драскотини, микротръби и неправилни параметри на процеса на растеж.
Дефект на морков
Дефектът тип морков е комплекс от дефекти на подреждане с два края, разположени в базалните кристални равнини на TSD и SF, завършващ с дислокация тип Франк, а размерът на дефекта тип морков е свързан с призматичния дефект на подреждане. Комбинацията от тези характеристики формира повърхностната морфология на дефекта тип морков, който прилича на форма на морков с плътност по-малка от 1 cm-2, както е показано на Фигура 4f. Дефектите тип морков лесно се образуват при полиране на драскотини, TSD или дефекти на субстрата.
Драскотини
Драскотините са механични повреди по повърхността на SiC пластините, образувани по време на производствения процес, както е показано на Фигура 4h. Драскотините по SiC субстрата могат да попречат на растежа на епислоя, да доведат до редица дислокации с висока плътност в епислоя или драскотините могат да станат основа за образуването на дефекти тип „морков“. Следователно е изключително важно правилното полиране на SiC пластините, тъй като тези драскотини могат да окажат значително влияние върху производителността на устройството, когато се появят в активната му област.
Други дефекти на повърхностната морфология
Стъпаловидно натрупване е повърхностен дефект, образуван по време на процеса на епитаксиален растеж на SiC, който води до образуването на тъпи триъгълници или трапецовидни образувания върху повърхността на SiC епислоя. Съществуват много други повърхностни дефекти, като повърхностни вдлъбнатини, неравности и петна. Тези дефекти обикновено са причинени от неоптимизирани процеси на растеж и непълно отстраняване на щетите от полирането, което влияе неблагоприятно на работата на устройството.
Време на публикуване: 05 юни 2024 г.