Osnovna tehnologija za rastSiC epitaksijalniMaterijali su prvenstveno tehnologija kontrole defekata, posebno za tehnologiju kontrole defekata koja je sklona kvaru uređaja ili smanjenju pouzdanosti. Proučavanje mehanizma defekata supstrata koji se protežu u epitaksijalni sloj tokom procesa epitaksijalnog rasta, zakona prenosa i transformacije defekata na granici između supstrata i epitaksijalnog sloja, te mehanizma nukleacije defekata, osnova su za razjašnjenje korelacije između defekata supstrata i epitaksijalnih strukturnih defekata, što može efikasno voditi skrining supstrata i optimizaciju epitaksijalnog procesa.
NedostaciEpitaksijalni slojevi silicijum karbidase uglavnom dijele u dvije kategorije: kristalni defekti i defekti površinske morfologije. Kristalni defekti, uključujući tačkaste defekte, dislokacije vijaka, defekte mikrotubula, dislokacije rubova itd., uglavnom potiču od defekata na SiC podlogama i difundiraju u epitaksijalni sloj. Defekti površinske morfologije mogu se direktno posmatrati golim okom pomoću mikroskopa i imaju tipične morfološke karakteristike. Defekti površinske morfologije uglavnom uključuju: ogrebotine, trouglaste defekte, defekte mrkve, padove i čestice, kao što je prikazano na slici 4. Tokom epitaksijalnog procesa, strane čestice, defekti podloge, oštećenja površine i odstupanja epitaksijalnog procesa mogu uticati na lokalni način rasta stepenastog toka, što rezultira defektima površinske morfologije.
Tabela 1. Uzroci formiranja uobičajenih defekata matrice i defekata površinske morfologije u SiC epitaksijalnim slojevima
Tačkasti defekti
Tačkasti defekti nastaju usljed praznina ili praznina u jednoj ili više tačaka rešetke i nemaju prostorno proširenje. Tačkasti defekti se mogu pojaviti u svakom proizvodnom procesu, posebno kod ionske implantacije. Međutim, teško ih je otkriti, a odnos između transformacije tačkastih defekata i drugih defekata je također prilično složen.
Mikrocijevi (MP)
Mikrocjevčice su šuplje dislokacije vijaka koje se šire duž ose rasta, s Burgersovim vektorom <0001>. Prečnik mikrocjevčica kreće se od dijela mikrona do desetina mikrona. Mikrocjevčice pokazuju velike površinske karakteristike nalik rupicama na površini SiC pločica. Tipično, gustoća mikrocjevčica je oko 0,1~1 cm-2 i nastavlja se smanjivati pri praćenju kvalitete komercijalne proizvodnje pločica.
Vijčane dislokacije (TSD) i rubne dislokacije (TED)
Dislokacije u SiC-u su glavni izvor degradacije i kvara uređaja. I vijčane dislokacije (TSD) i rubne dislokacije (TED) protežu se duž ose rasta, s Burgersovim vektorima <0001> i 1/3<11–20>, respektivno.
I vijčane dislokacije (TSD) i rubne dislokacije (TED) mogu se protezati od podloge do površine pločice i stvarati male površinske karakteristike nalik udubljenjima (Slika 4b). Tipično, gustoća rubnih dislokacija je oko 10 puta veća od gustoće vijčanih dislokacija. Proširene vijčane dislokacije, odnosno one koje se protežu od podloge do epilayera, mogu se transformirati i u druge defekte i širiti duž ose rasta. TokomSiC epitaksijalniTokom epitaksijalnog rasta, dislokacije vijaka se pretvaraju u greške slaganja (SF) ili defekte tipa mrkve, dok se za rubne dislokacije u epislojevima pokazalo da se pretvaraju iz dislokacija bazalnih ravni (BPD) naslijeđenih od supstrata tokom epitaksijalnog rasta.
Dislokacija osnovne ravni (BPD)
Smješteni na bazalnoj ravni SiC-a, s Burgersovim vektorom od 1/3 <11–20>. BPD-ovi se rijetko pojavljuju na površini SiC pločica. Obično su koncentrirani na podlozi s gustoćom od 1500 cm-2, dok je njihova gustoća u epilayeru samo oko 10 cm-2. Detekcija BPD-ova pomoću fotoluminiscencije (PL) pokazuje linearne karakteristike, kao što je prikazano na slici 4c. TokomSiC epitaksijalnirasta, proširene BPD-ove moguće je pretvoriti u greške slaganja (SF) ili rubne dislokacije (TED).
Greške slaganja (SF)
Defekti u sekvenci slaganja bazalne ravni SiC. Defekti slaganja mogu se pojaviti u epitaksijalnom sloju nasljeđivanjem SF-ova u supstratu ili biti povezani s proširenjem i transformacijom dislokacija bazalne ravni (BPD) i dislokacija navojnih vijaka (TSD). Općenito, gustoća SF-ova je manja od 1 cm-2, a pokazuju trokutasti oblik kada se detektuju pomoću PL, kao što je prikazano na slici 4e. Međutim, u SiC-u se mogu formirati različiti tipovi grešaka slaganja, kao što su Shockleyjev tip i Frankov tip, jer čak i mala količina poremećaja energije slaganja između ravni može dovesti do značajne nepravilnosti u sekvenci slaganja.
Pad
Defekt pada uglavnom potiče od pada čestica na gornje i bočne zidove reakcijske komore tokom procesa rasta, što se može optimizirati optimizacijom procesa periodičnog održavanja potrošnih materijala grafita reakcijske komore.
Trouglasti defekt
To je 3C-SiC politipska inkluzija koja se proteže do površine SiC episloja duž smjera bazalne ravni, kao što je prikazano na slici 4g. Može nastati padom čestica na površinu SiC episloja tokom epitaksijalnog rasta. Čestice su ugrađene u episloj i ometaju proces rasta, što rezultira 3C-SiC politipskim inkluzijama, koje pokazuju oštrougaone trouglaste površinske karakteristike s česticama smještenim na vrhovima trouglastog područja. Mnoge studije su također pripisale porijeklo politipskih inkluzija površinskim ogrebotinama, mikrocjevčicama i nepravilnim parametrima procesa rasta.
Defekt mrkve
Defekt mrkve je kompleks grešaka slaganja s dva kraja smještena na bazalnim kristalnim ravnima TSD i SF, završen dislokacijom Frankovog tipa, a veličina defekta mrkve povezana je s prizmatičnim greškom slaganja. Kombinacija ovih karakteristika formira površinsku morfologiju defekta mrkve, koji izgleda kao mrkva s gustoćom manjom od 1 cm-2, kao što je prikazano na slici 4f. Defekti mrkve lako se formiraju pri poliranju ogrebotina, TSD-ova ili defekata podloge.
Ogrebotine
Ogrebotine su mehanička oštećenja na površini SiC pločica nastalih tokom proizvodnog procesa, kao što je prikazano na slici 4h. Ogrebotine na SiC podlozi mogu ometati rast epilayera, proizvesti niz dislokacija visoke gustoće unutar epilayera ili ogrebotine mogu postati osnova za formiranje defekata tipa mrkve. Stoga je ključno pravilno polirati SiC pločice jer ove ogrebotine mogu imati značajan utjecaj na performanse uređaja kada se pojave u aktivnom području uređaja.
Drugi defekti površinske morfologije
Stepenasto grupiranje je površinski defekt koji nastaje tokom procesa epitaksijalnog rasta SiC-a, a koji proizvodi tupe trouglove ili trapezoidne karakteristike na površini SiC episloja. Postoje mnogi drugi površinski defekti, kao što su površinske udubine, neravnine i mrlje. Ovi defekti su obično uzrokovani neoptimiziranim procesima rasta i nepotpunim uklanjanjem oštećenja od poliranja, što negativno utiče na performanse uređaja.
Vrijeme objave: 05.06.2024.