La tecnologia bàsica per al creixement deSiC epitaxialEls materials són, en primer lloc, la tecnologia de control de defectes, especialment per a la tecnologia de control de defectes que és propensa a fallades de dispositius o degradació de la fiabilitat. L'estudi del mecanisme dels defectes del substrat que s'estenen a la capa epitaxial durant el procés de creixement epitaxial, les lleis de transferència i transformació dels defectes a la interfície entre el substrat i la capa epitaxial, i el mecanisme de nucleació dels defectes són la base per aclarir la correlació entre els defectes del substrat i els defectes estructurals epitaxials, que poden guiar eficaçment el cribratge del substrat i l'optimització del procés epitaxial.
Els defectes decapes epitaxials de carbur de silicies divideixen principalment en dues categories: defectes cristal·lins i defectes de morfologia superficial. Els defectes cristal·lins, incloent-hi defectes puntuals, dislocacions de cargol, defectes de microtúbuls, dislocacions de vora, etc., s'originen principalment a partir de defectes en substrats de SiC i es difonen a la capa epitaxial. Els defectes de morfologia superficial es poden observar directament a ull nu mitjançant un microscopi i tenen característiques morfològiques típiques. Els defectes de morfologia superficial inclouen principalment: ratllada, defecte triangular, defecte de pastanaga, caiguda i partícula, com es mostra a la Figura 4. Durant el procés epitaxial, les partícules estranyes, els defectes del substrat, els danys superficials i les desviacions del procés epitaxial poden afectar el mode de creixement del flux esglaonat local, donant lloc a defectes de morfologia superficial.
Taula 1. Causes de la formació de defectes matricials comuns i defectes de morfologia superficial en capes epitaxials de SiC
Defectes puntuals
Els defectes puntuals es formen per vacants o buits en un sol punt de la xarxa o en diversos punts de la xarxa, i no tenen extensió espacial. Els defectes puntuals poden aparèixer en tots els processos de producció, especialment en la implantació iònica. Tanmateix, són difícils de detectar i la relació entre la transformació dels defectes puntuals i altres defectes també és força complexa.
Microtubs (MP)
Els microtubs són dislocacions de cargol buit que es propaguen al llarg de l'eix de creixement, amb un vector de Burgers <0001>. El diàmetre dels microtubs varia des d'una fracció de micra fins a desenes de micres. Els microtubs mostren grans característiques superficials en forma de cavitats a la superfície de les oblies de SiC. Normalment, la densitat dels microtubs és d'uns 0,1~1 cm-2 i continua disminuint en el control de la qualitat de la producció d'oblies comercials.
Luxacions de cargol (TSD) i luxacions de vora (TED)
Les dislocacions en SiC són la principal font de degradació i fallada dels dispositius. Tant les dislocacions de cargol (TSD) com les dislocacions de vora (TED) corren al llarg de l'eix de creixement, amb vectors de Burgers de <0001> i 1/3<11–20>, respectivament.
Tant les dislocacions de cargol (TSD) com les dislocacions de vora (TED) poden estendre's des del substrat fins a la superfície de la làmina i presentar petites característiques superficials semblants a fosses (Figura 4b). Normalment, la densitat de dislocacions de vora és aproximadament 10 vegades superior a la de les dislocacions de cargol. Les dislocacions de cargol esteses, és a dir, que s'estenen des del substrat fins a la capa epilímina, també es poden transformar en altres defectes i propagar-se al llarg de l'eix de creixement. DurantSiC epitaxialcreixement, les dislocacions de cargol es converteixen en falles d'apilament (SF) o defectes de pastanaga, mentre que es demostra que les dislocacions de vora en epicapes es converteixen a partir de dislocacions del pla basal (BPD) heretades del substrat durant el creixement epitaxial.
Luxació del pla bàsic (BPD)
Situats al pla basal de SiC, amb un vector de Burgers d'1/3 <11–20>. Els BPD rarament apareixen a la superfície de les oblies de SiC. Normalment es concentren al substrat amb una densitat de 1500 cm-2, mentre que la seva densitat a l'epilació és només d'uns 10 cm-2. La detecció de BPD mitjançant fotoluminescència (PL) mostra característiques lineals, com es mostra a la Figura 4c. DurantSiC epitaxialcreixement, les BPD esteses es poden convertir en falles d'apilament (SF) o dislocacions de vora (TED).
Falles d'apilament (SF)
Defectes en la seqüència d'apilament del pla basal de SiC. Les falles d'apilament poden aparèixer a la capa epitaxial heretant SFs al substrat o estar relacionades amb l'extensió i transformació de dislocacions del pla basal (BPD) i dislocacions de cargol de rosca (TSD). Generalment, la densitat de SF és inferior a 1 cm-2 i presenten una característica triangular quan es detecten mitjançant PL, com es mostra a la Figura 4e. Tanmateix, es poden formar diversos tipus de falles d'apilament en SiC, com ara el tipus Shockley i el tipus Frank, perquè fins i tot una petita quantitat de desordre energètic d'apilament entre plans pot conduir a una irregularitat considerable en la seqüència d'apilament.
Caiguda
El defecte de caiguda s'origina principalment per la caiguda de partícules a les parets superior i lateral de la cambra de reacció durant el procés de creixement, que es pot optimitzar optimitzant el procés de manteniment periòdic dels consumibles de grafit de la cambra de reacció.
Defecte triangular
És una inclusió de politipus 3C-SiC que s'estén fins a la superfície de l'epilapa de SiC al llarg de la direcció del pla basal, tal com es mostra a la Figura 4g. Pot ser generada per la caiguda de partícules a la superfície de l'epilapa de SiC durant el creixement epitaxial. Les partícules estan incrustades a l'epilapa i interfereixen amb el procés de creixement, donant lloc a inclusions de politipus 3C-SiC, que mostren característiques superficials triangulars amb angles aguts amb les partícules situades als vèrtexs de la regió triangular. Molts estudis també han atribuït l'origen de les inclusions de politipus a ratllades superficials, microtubs i paràmetres inadequats del procés de creixement.
Defecte de pastanaga
Un defecte de pastanaga és un complex de falla d'apilament amb dos extrems situats als plans cristal·lins basals TSD i SF, que acaba en una dislocació de tipus Frank, i la mida del defecte de pastanaga està relacionada amb la falla d'apilament prismàtica. La combinació d'aquestes característiques forma la morfologia superficial del defecte de pastanaga, que té forma de pastanaga amb una densitat inferior a 1 cm-2, com es mostra a la Figura 4f. Els defectes de pastanaga es formen fàcilment en ratllades de poliment, TSD o defectes del substrat.
Ratllades
Les ratllades són danys mecànics a la superfície de les oblies de SiC que es formen durant el procés de producció, tal com es mostra a la Figura 4h. Les ratllades al substrat de SiC poden interferir amb el creixement de l'epilapa, produir una filera de dislocacions d'alta densitat dins de l'epilapa o les ratllades poden convertir-se en la base de la formació de defectes de pastanaga. Per tant, és fonamental polir correctament les oblies de SiC perquè aquestes ratllades poden tenir un impacte significatiu en el rendiment del dispositiu quan apareixen a la zona activa del dispositiu.
Altres defectes de morfologia superficial
L'agrupació esglaonada és un defecte superficial format durant el procés de creixement epitaxial de SiC, que produeix triangles obtusos o característiques trapezoïdals a la superfície de l'epilació de SiC. Hi ha molts altres defectes superficials, com ara forats, bonys i taques superficials. Aquests defectes solen ser causats per processos de creixement no optimitzats i per una eliminació incompleta dels danys del poliment, cosa que afecta negativament el rendiment del dispositiu.
Data de publicació: 05-06-2024