Kerneteknologien for vækst afSiC epitaksialtMaterialer er først og fremmest defektkontrolteknologi, især for defektkontrolteknologi, der er tilbøjelig til enhedsfejl eller forringelse af pålideligheden. Undersøgelsen af mekanismen for substratdefekter, der strækker sig ind i det epitaksiale lag under den epitaksiale vækstproces, overførsels- og transformationslovene for defekter ved grænsefladen mellem substratet og det epitaksiale lag, og kimdannelsesmekanismen for defekter er grundlaget for at afklare sammenhængen mellem substratdefekter og epitaksiale strukturelle defekter, hvilket effektivt kan vejlede substratscreening og epitaksial procesoptimering.
Manglerne vedepitaksiale lag af siliciumcarbider hovedsageligt opdelt i to kategorier: krystaldefekter og overflademorfologiske defekter. Krystaldefekter, herunder punktdefekter, skruedislokationer, mikrotubulusdefekter, kantdislokationer osv., stammer hovedsageligt fra defekter på SiC-substrater og diffunderer ind i det epitaksiale lag. Overflademorfologiske defekter kan observeres direkte med det blotte øje ved hjælp af et mikroskop og har typiske morfologiske karakteristika. Overflademorfologiske defekter omfatter primært: Ridsedefekt, trekantedefekt, gulerodsdefekt, nedfald og partikeldefekt, som vist i figur 4. Under den epitaksiale proces kan fremmedpartikler, substratdefekter, overfladeskader og afvigelser i den epitaksiale proces alle påvirke den lokale trinvise væksttilstand, hvilket resulterer i overflademorfologiske defekter.
Tabel 1. Årsager til dannelse af almindelige matrixdefekter og overflademorfologiske defekter i SiC-epitaksiale lag
Punktfejl
Punktdefekter dannes af huller eller huller i et enkelt gitterpunkt eller flere gitterpunkter, og de har ingen rumlig udstrækning. Punktdefekter kan forekomme i enhver produktionsproces, især ved ionimplantation. De er dog vanskelige at opdage, og forholdet mellem transformationen af punktdefekter og andre defekter er også ret komplekst.
Mikrorør (MP)
Mikrorør er hule skrueforskydninger, der udbreder sig langs vækstaksen med en Burgers-vektor <0001>. Diameteren af mikrorør varierer fra en brøkdel af en mikron til ti mikron. Mikrorør viser store, grubelignende overfladeegenskaber på overfladen af SiC-wafere. Typisk er mikrorørets tæthed omkring 0,1~1 cm-2 og fortsætter med at falde i overvågningen af kommerciel waferproduktionskvalitet.
Skrueforskydninger (TSD) og kantforskydninger (TED)
Dislokationer i SiC er den primære kilde til komponentnedbrydning og -fejl. Både skruedislokationer (TSD) og kantdislokationer (TED) løber langs vækstaksen med Burgers-vektorer på henholdsvis <0001> og 1/3 <11–20>.
Både skruedislokationer (TSD) og kantdislokationer (TED) kan strække sig fra substratet til waferoverfladen og medføre små, grubelignende overfladefunktioner (figur 4b). Typisk er tætheden af kantdislokationer omkring 10 gange så stor som tætheden af skruedislokationer. Udvidede skruedislokationer, dvs. strækker sig fra substratet til epilaget, kan også transformeres til andre defekter og udbrede sig langs vækstaksen. UnderSiC epitaksialtvækst, skruedislokationer omdannes til stablingsforkastninger (SF) eller gulerodsdefekter, mens kantdislokationer i epilag viser sig at være konverteret fra basalplandislokationer (BPD'er) arvet fra substratet under epitaksial vækst.
Grundlæggende planforskydning (BPD)
Placeret på SiC-basalplanet med en Burgers-vektor på 1/3 <11–20>. BPD'er forekommer sjældent på overfladen af SiC-wafere. De er normalt koncentreret på substratet med en densitet på 1500 cm-2, mens deres densitet i epilaget kun er omkring 10 cm-2. Detektion af BPD'er ved hjælp af fotoluminescens (PL) viser lineære træk, som vist i figur 4c. UnderSiC epitaksialtvækst, kan udvidede BPD'er omdannes til stablingsforkastninger (SF) eller kantdislokationer (TED).
Stablingsfejl (SF'er)
Defekter i stablingssekvensen af SiC-basalplanet. Stablingsforkastninger kan opstå i det epitaksiale lag ved at arve SF'er i substratet eller være relateret til forlængelsen og transformationen af basalplandislokationer (BPD'er) og gevindskruedislokationer (TSD'er). Generelt er densiteten af SF'er mindre end 1 cm-2, og de udviser et trekantet træk, når de detekteres ved hjælp af PL, som vist i figur 4e. Imidlertid kan forskellige typer stablingsforkastninger dannes i SiC, såsom Shockley-typen og Frank-typen, fordi selv en lille mængde stablingsenergiforstyrrelse mellem planer kan føre til en betydelig uregelmæssighed i stablingssekvensen.
Fald
Nedfaldsfejlen stammer hovedsageligt fra partikelfaldet på reaktionskammerets øvre og sidevægge under vækstprocessen, hvilket kan optimeres ved at optimere den periodiske vedligeholdelsesproces af reaktionskammerets grafitforbrugsvarer.
Trekantet defekt
Det er en 3C-SiC polytype-inklusion, der strækker sig til overfladen af SiC-epilaget langs basalplanets retning, som vist i figur 4g. Den kan være dannet af de faldende partikler på overfladen af SiC-epilaget under epitaksial vækst. Partiklerne er indlejret i epilaget og forstyrrer vækstprocessen, hvilket resulterer i 3C-SiC polytype-inklusioner, som viser skarpvinklede trekantede overfladeegenskaber med partiklerne placeret i hjørnerne af det trekantede område. Mange undersøgelser har også tilskrevet oprindelsen af polytype-inklusioner til overfladeridser, mikrorør og ukorrekte parametre i vækstprocessen.
Gulerodsfejl
En gulerodsdefekt er et stablingsforkastningskompleks med to ender placeret ved TSD- og SF-basalkrystalplanerne, afsluttet af en Frank-type dislokation, og størrelsen af gulerodsdefekten er relateret til den prismatiske stablingsforkastning. Kombinationen af disse egenskaber danner gulerodsdefektens overflademorfologi, som ligner en gulerodsform med en densitet på mindre end 1 cm-2, som vist i figur 4f. Gulerodsdefekter dannes let ved poleringsridser, TSD'er eller substratdefekter.
Ridser
Ridser er mekaniske skader på overfladen af SiC-wafere, der dannes under produktionsprocessen, som vist i figur 4h. Ridser på SiC-substratet kan forstyrre epilagets vækst, producere en række forskydninger med høj densitet i epilaget, eller ridser kan blive grundlaget for dannelsen af gulerodsdefekter. Derfor er det afgørende at polere SiC-wafere korrekt, fordi disse ridser kan have en betydelig indflydelse på enhedens ydeevne, når de optræder i enhedens aktive område.
Andre overflademorfologiske defekter
Stepbunching er en overfladefejl, der dannes under SiC's epitaksiale vækstproces, og som producerer stumpe trekanter eller trapezformede træk på overfladen af SiC-epilaget. Der er mange andre overfladefejl, såsom overfladehuller, buler og pletter. Disse defekter er normalt forårsaget af uoptimerede vækstprocesser og ufuldstændig fjernelse af poleringsskader, hvilket påvirker enhedens ydeevne negativt.
Opslagstidspunkt: 05. juni 2024