Základní technologie pro růstepitaxní SiCMateriály jsou v první řadě technologií pro kontrolu defektů, zejména pro technologii kontroly defektů, která je náchylná k selhání zařízení nebo snížení spolehlivosti. Studium mechanismu defektů substrátu, které se během procesu epitaxního růstu rozšiřují do epitaxní vrstvy, zákonů přenosu a transformace defektů na rozhraní mezi substrátem a epitaxní vrstvou a mechanismu nukleace defektů jsou základem pro objasnění korelace mezi defekty substrátu a epitaxními strukturními defekty, což může účinně vést screening substrátů a optimalizaci epitaxního procesu.
Vadyepitaxní vrstvy karbidu křemíkuse dělí hlavně do dvou kategorií: krystalové defekty a defekty povrchové morfologie. Krystalové defekty, včetně bodových defektů, šroubových dislokací, defektů mikrotubulů, okrajových dislokací atd., většinou vznikají z defektů na substrátech SiC a difundují do epitaxní vrstvy. Defekty povrchové morfologie lze přímo pozorovat pouhým okem pomocí mikroskopu a mají typické morfologické charakteristiky. Mezi defekty povrchové morfologie patří zejména: škrábance, trojúhelníkové defekty, defekty typu mrkev, spadnutí a částice, jak je znázorněno na obrázku 4. Během epitaxního procesu mohou cizí částice, defekty substrátu, poškození povrchu a odchylky epitaxního procesu ovlivnit lokální režim růstu stupňovitého proudění, což vede k defektům povrchové morfologie.
Tabulka 1. Příčiny vzniku běžných defektů matrice a defektů povrchové morfologie v epitaxních vrstvách SiC
Bodové vady
Bodové defekty jsou tvořeny vakancemi nebo mezerami v jednom nebo několika mřížkových bodech a nemají prostorové rozpětí. Bodové defekty se mohou vyskytnout v každém výrobním procesu, zejména při iontové implantaci. Je však obtížné je detekovat a vztah mezi transformací bodových defektů a jinými defekty je také poměrně složitý.
Mikrotrubice (MP)
Mikrotrubice jsou duté šroubovité dislokace, které se šíří podél osy růstu s Burgersovým vektorem <0001>. Průměr mikrotrubiček se pohybuje od zlomku mikronu do desítek mikronů. Mikrotrubičky vykazují na povrchu SiC destiček velké důlkovité povrchové útvary. Hustota mikrotrubiček je typicky asi 0,1~1 cm-2 a při monitorování kvality komerční výroby destiček se stále snižuje.
Šroubové dislokace (TSD) a okrajové dislokace (TED)
Dislokace v SiC jsou hlavním zdrojem degradace a selhání součástek. Šroubové dislokace (TSD) i okrajové dislokace (TED) probíhají podél osy růstu s Burgersovými vektory <0001> a 1/3<11–20>.
Jak šroubové dislokace (TSD), tak okrajové dislokace (TED) se mohou rozprostírat od substrátu k povrchu destičky a vytvářet malé povrchové útvary podobné důlkům (obrázek 4b). Hustota okrajových dislokací je typicky asi 10krát větší než hustota šroubových dislokací. Rozšířené šroubové dislokace, tj. dislokace sahající od substrátu k epilaci, se mohou také transformovat do jiných defektů a šířit se podél osy růstu. Běhemepitaxní SiCBěhem epitaxního růstu se šroubové dislokace přeměňují na vrstvící chyby (SF) nebo mrkvové defekty, zatímco okrajové dislokace v epivrstvách se přeměňují z dislokací bazální roviny (BPD) zděděných ze substrátu během epitaxního růstu.
Základní rovinná dislokace (BPD)
Nachází se na bazální rovině SiC s Burgersovým vektorem 1/3 <11–20>. BPD se na povrchu SiC destiček objevují jen zřídka. Obvykle jsou koncentrovány na substrátu s hustotou 1500 cm-2, zatímco jejich hustota v epilajře je pouze asi 10 cm-2. Detekce BPD pomocí fotoluminiscence (PL) vykazuje lineární rysy, jak je znázorněno na obrázku 4c. Běhemepitaxní SiCBěhem růstu se mohou prodloužené BPD přeměnit na vrstvící chyby (SF) nebo okrajové dislokace (TED).
Vrcholové chyby (SF)
Vady ve vrstvě vrstvení bazální roviny SiC. Vada vrstvení se může objevit v epitaxní vrstvě děděním SF v substrátu nebo může souviset s prodloužením a transformací dislokací bazální roviny (BPD) a závitových dislokací (TSD). Hustota SF je obecně menší než 1 cm-2 a při detekci pomocí fotoluminiscence vykazují trojúhelníkový tvar, jak je znázorněno na obrázku 4e. V SiC se však mohou vytvářet různé typy vad vrstvení, jako je Shockleyho typ a Frankův typ, protože i malé množství poruchy energie vrstvení mezi rovinami může vést ke značné nepravidelnosti ve vrstvě vrstvení.
Pád
Vada padající částice vzniká hlavně v důsledku padajících částic na horní a boční stěny reakční komory během procesu růstu, což lze optimalizovat optimalizací procesu pravidelné údržby grafitových spotřebních materiálů reakční komory.
Trojúhelníková vada
Jedná se o inkluzi polytypu 3C-SiC, která se rozprostírá až k povrchu epilace SiC ve směru bazální roviny, jak je znázorněno na obrázku 4g. Může být generována dopadajícími částicemi na povrch epilace SiC během epitaxního růstu. Částice jsou zabudovány do epilace a narušují proces růstu, což vede k inkluzím polytypu 3C-SiC, které vykazují ostroúhlé trojúhelníkové povrchové rysy s částicemi umístěnými ve vrcholech trojúhelníkové oblasti. Mnoho studií také připisuje původ inkluzí polytypu povrchovým škrábancům, mikrotrubicím a nevhodným parametrům procesu růstu.
Vada mrkve
Defekt mrkve je komplex vrstvených chyb se dvěma konci umístěnými v bazálních krystalových rovinách TSD a SF, zakončený dislokací Frankova typu, a velikost defektu mrkve souvisí s prizmatickou vrstvenou chybou. Kombinace těchto znaků tvoří povrchovou morfologii defektu mrkve, který vypadá jako mrkev s hustotou menší než 1 cm-2, jak je znázorněno na obrázku 4f. Defekty mrkve se snadno tvoří při leštění škrábanců, TSD nebo defektů substrátu.
Škrábance
Škrábance jsou mechanická poškození povrchu SiC destiček, která vznikají během výrobního procesu, jak je znázorněno na obrázku 4h. Škrábance na SiC substrátu mohou narušovat růst epilační vrstvy, vytvářet řadu dislokací s vysokou hustotou uvnitř epilační vrstvy nebo se škrábance mohou stát základem pro vznik mrkvových defektů. Proto je zásadní SiC destičky řádně leštit, protože tyto škrábance mohou mít významný vliv na výkon zařízení, pokud se objeví v aktivní oblasti zařízení.
Jiné defekty povrchové morfologie
Stupňovité shlukování je povrchová vada vzniklá během epitaxního růstu SiC, která na povrchu epilace SiC vytváří tupé trojúhelníky nebo lichoběžníkové útvary. Existuje mnoho dalších povrchových vad, jako jsou povrchové důlky, hrboly a skvrny. Tyto vady jsou obvykle způsobeny neoptimalizovanými růstovými procesy a neúplným odstraněním poškození leštěním, což nepříznivě ovlivňuje výkon zařízení.
Čas zveřejnění: 5. června 2024