Η βασική τεχνολογία για την ανάπτυξη τουSiC επιταξιακόΤα υλικά είναι καταρχάς τεχνολογία ελέγχου ελαττωμάτων, ειδικά για την τεχνολογία ελέγχου ελαττωμάτων που είναι επιρρεπής σε αστοχία συσκευών ή υποβάθμιση της αξιοπιστίας. Η μελέτη του μηχανισμού των ελαττωμάτων του υποστρώματος που επεκτείνονται στο επιταξιακό στρώμα κατά τη διάρκεια της διαδικασίας επιταξιακής ανάπτυξης, οι νόμοι μεταφοράς και μετασχηματισμού των ελαττωμάτων στη διεπαφή μεταξύ του υποστρώματος και του επιταξιακού στρώματος, και ο μηχανισμός πυρήνωσης των ελαττωμάτων αποτελούν τη βάση για τη διευκρίνιση της συσχέτισης μεταξύ ελαττωμάτων υποστρώματος και επιταξιακών δομικών ελαττωμάτων, η οποία μπορεί να καθοδηγήσει αποτελεσματικά τον έλεγχο του υποστρώματος και τη βελτιστοποίηση της επιταξιακής διαδικασίας.
Τα ελαττώματα τουεπιταξιακά στρώματα καρβιδίου του πυριτίουΤα ελαττώματα κρυστάλλων χωρίζονται κυρίως σε δύο κατηγορίες: ελαττώματα κρυστάλλων και ελαττώματα μορφολογίας επιφάνειας. Τα ελαττώματα κρυστάλλων, συμπεριλαμβανομένων των σημειακών ελαττωμάτων, των εξάρσεων κοχλία, των ελαττωμάτων μικροσωληνίσκων, των εξάρσεων ακμών κ.λπ., προέρχονται κυρίως από ελαττώματα σε υποστρώματα SiC και διαχέονται στο επιταξιακό στρώμα. Τα ελαττώματα μορφολογίας επιφάνειας μπορούν να παρατηρηθούν άμεσα με γυμνό μάτι χρησιμοποιώντας μικροσκόπιο και έχουν τυπικά μορφολογικά χαρακτηριστικά. Τα ελαττώματα μορφολογίας επιφάνειας περιλαμβάνουν κυρίως: Γρατζουνιά, Τριγωνικό ελάττωμα, Ελάττωμα καρότου, Πτώση και Σωματίδιο, όπως φαίνεται στο Σχήμα 4. Κατά τη διάρκεια της επιταξιακής διαδικασίας, ξένα σωματίδια, ελαττώματα υποστρώματος, επιφανειακή βλάβη και αποκλίσεις της επιταξιακής διαδικασίας μπορεί όλα να επηρεάσουν τον τοπικό τρόπο ανάπτυξης της ροής βημάτων, με αποτέλεσμα ελαττώματα μορφολογίας επιφάνειας.
Πίνακας 1. Αιτίες για τον σχηματισμό κοινών ελαττωμάτων μήτρας και ελαττωμάτων μορφολογίας επιφάνειας σε επιταξιακά στρώματα SiC
Σημειακά ελαττώματα
Τα σημειακά ελαττώματα σχηματίζονται από κενά ή κενά σε ένα μόνο σημείο του πλέγματος ή σε πολλά σημεία του πλέγματος και δεν έχουν χωρική επέκταση. Τα σημειακά ελαττώματα μπορεί να εμφανιστούν σε κάθε παραγωγική διαδικασία, ειδικά στην εμφύτευση ιόντων. Ωστόσο, είναι δύσκολο να ανιχνευθούν και η σχέση μεταξύ του μετασχηματισμού των σημειακών ελαττωμάτων και άλλων ελαττωμάτων είναι επίσης αρκετά περίπλοκη.
Μικροσωλήνες (MP)
Οι μικροσωλήνες είναι κοίλες εξαρθρώσεις κοχλιών που διαδίδονται κατά μήκος του άξονα ανάπτυξης, με ένα διάνυσμα Burgers <0001>. Η διάμετρος των μικροσωλήνων κυμαίνεται από ένα κλάσμα ενός μικρού έως δεκάδες μικρά. Οι μικροσωλήνες εμφανίζουν μεγάλα επιφανειακά χαρακτηριστικά που μοιάζουν με κοιλώματα στην επιφάνεια των πλακιδίων SiC. Συνήθως, η πυκνότητα των μικροσωλήνων είναι περίπου 0,1~1cm-2 και συνεχίζει να μειώνεται στην παρακολούθηση της ποιότητας της εμπορικής παραγωγής πλακιδίων.
Εξαρθρώσεις βιδών (TSD) και εξαρθρώσεις ακμών (TED)
Οι εξαρθρώσεις στο SiC αποτελούν την κύρια πηγή υποβάθμισης και αστοχίας της συσκευής. Τόσο οι εξαρθρώσεις κοχλία (TSD) όσο και οι εξαρθρώσεις ακμής (TED) διατρέχουν τον άξονα ανάπτυξης, με διανύσματα Burgers <0001> και 1/3<11–20>, αντίστοιχα.
Τόσο οι εξάρσεις κοχλία (TSD) όσο και οι εξάρσεις ακμής (TED) μπορούν να εκτείνονται από το υπόστρωμα στην επιφάνεια του πλακιδίου και να φέρουν μικρά χαρακτηριστικά επιφάνειας που μοιάζουν με κοιλώματα (Σχήμα 4b). Συνήθως, η πυκνότητα των εξαρμάτων ακμής είναι περίπου 10 φορές μεγαλύτερη από αυτή των εξαρμάτων κοχλία. Οι εκτεταμένες εξαρσεις κοχλία, δηλαδή, που εκτείνονται από το υπόστρωμα στην επιστρώση, μπορούν επίσης να μετασχηματιστούν σε άλλα ελαττώματα και να διαδοθούν κατά μήκος του άξονα ανάπτυξης. Κατά τη διάρκειαSiC επιταξιακόΚατά την ανάπτυξη, οι εξάρσεις των κοχλιών μετατρέπονται σε ρήγματα στοίβαξης (SF) ή ελαττώματα καρότου, ενώ οι εξάρσεις των άκρων στις επιστρώσεις φαίνεται να μετατρέπονται από εξάρσεις βασικού επιπέδου (BPD) που κληρονομούνται από το υπόστρωμα κατά την επιταξιακή ανάπτυξη.
Βασική εξάρθρωση επιπέδου (BPD)
Βρίσκονται στο βασικό επίπεδο του SiC, με διάνυσμα Burgers 1/3 <11–20>. Τα BPD σπάνια εμφανίζονται στην επιφάνεια των πλακιδίων SiC. Συνήθως συγκεντρώνονται στο υπόστρωμα με πυκνότητα 1500 cm-2, ενώ η πυκνότητά τους στην επιστρώση είναι μόνο περίπου 10 cm-2. Η ανίχνευση των BPD χρησιμοποιώντας φωτοφωταύγεια (PL) δείχνει γραμμικά χαρακτηριστικά, όπως φαίνεται στο Σχήμα 4c. Κατά τη διάρκειαSiC επιταξιακόΛόγω της ανάπτυξης, τα εκτεταμένα BPD μπορούν να μετατραπούν σε ρήγματα στοίβαξης (SF) ή εξαρθρώσεις ακμών (TED).
Σφάλματα στοίβαξης (SFs)
Ελαττώματα στην ακολουθία στοίβαξης του βασικού επιπέδου του SiC. Τα σφάλματα στοίβαξης μπορούν να εμφανιστούν στο επιταξιακό στρώμα κληρονομώντας SFs στο υπόστρωμα ή να σχετίζονται με την επέκταση και τον μετασχηματισμό των εξαρθρώσεων βασικού επιπέδου (BPDs) και των εξαρθρώσεων κοχλία σπειρώματος (TSDs). Γενικά, η πυκνότητα των SFs είναι μικρότερη από 1 cm-2 και εμφανίζουν τριγωνικό χαρακτηριστικό όταν ανιχνεύονται χρησιμοποιώντας PL, όπως φαίνεται στο Σχήμα 4e. Ωστόσο, διάφοροι τύποι σφάλματων στοίβαξης μπορούν να σχηματιστούν στο SiC, όπως τύπου Shockley και τύπου Frank, επειδή ακόμη και μια μικρή ποσότητα αταξίας ενέργειας στοίβαξης μεταξύ των επιπέδων μπορεί να οδηγήσει σε σημαντική ανωμαλία στην ακολουθία στοίβαξης.
Καταιγίδα
Το ελάττωμα πτώσης προέρχεται κυρίως από την πτώση σωματιδίων στα άνω και πλευρικά τοιχώματα του θαλάμου αντίδρασης κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ανάπτυξης, η οποία μπορεί να βελτιστοποιηθεί βελτιστοποιώντας τη διαδικασία περιοδικής συντήρησης των αναλώσιμων γραφίτη του θαλάμου αντίδρασης.
Τριγωνικό ελάττωμα
Πρόκειται για ένα πολυτυπικό έγκλειστο 3C-SiC που εκτείνεται στην επιφάνεια της επιστρώσης SiC κατά μήκος της κατεύθυνσης του βασικού επιπέδου, όπως φαίνεται στο Σχήμα 4g. Μπορεί να δημιουργηθεί από την πτώση σωματιδίων στην επιφάνεια της επιστρώσης SiC κατά την επιταξιακή ανάπτυξη. Τα σωματίδια ενσωματώνονται στην επιστρώση και παρεμβαίνουν στη διαδικασία ανάπτυξης, με αποτέλεσμα τα πολυτυπικά έγκλειστα 3C-SiC, τα οποία εμφανίζουν τριγωνικά χαρακτηριστικά επιφάνειας με αιχμηρή γωνία, με τα σωματίδια να βρίσκονται στις κορυφές της τριγωνικής περιοχής. Πολλές μελέτες έχουν επίσης αποδώσει την προέλευση των πολυτυπικών έγκλειστων σε επιφανειακές γρατσουνιές, μικροσωλήνες και ακατάλληλες παραμέτρους της διαδικασίας ανάπτυξης.
Ελάττωμα καρότου
Ένα ελάττωμα καρότου είναι ένα σύμπλεγμα ρηγμάτων στοίβαξης με δύο άκρα που βρίσκονται στα βασικά κρυσταλλικά επίπεδα TSD και SF, που τερματίζονται από μια εξάρθρωση τύπου Frank, και το μέγεθος του ελαττώματος καρότου σχετίζεται με το πρισματικό ρήγμα στοίβαξης. Ο συνδυασμός αυτών των χαρακτηριστικών σχηματίζει την επιφανειακή μορφολογία του ελαττώματος καρότου, το οποίο μοιάζει με σχήμα καρότου με πυκνότητα μικρότερη από 1 cm-2, όπως φαίνεται στο Σχήμα 4f. Τα ελαττώματα καρότου σχηματίζονται εύκολα σε γρατσουνιές στίλβωσης, TSD ή ελαττώματα υποστρώματος.
Γρατζουνιές
Οι γρατσουνιές είναι μηχανικές βλάβες στην επιφάνεια των πλακιδίων SiC που σχηματίζονται κατά τη διάρκεια της παραγωγικής διαδικασίας, όπως φαίνεται στο Σχήμα 4h. Οι γρατσουνιές στο υπόστρωμα SiC μπορεί να επηρεάσουν την ανάπτυξη της επιστρώσης, να προκαλέσουν μια σειρά από εξαρθρώσεις υψηλής πυκνότητας μέσα στην επιστρώση ή οι γρατσουνιές μπορεί να αποτελέσουν τη βάση για τον σχηματισμό ελαττωμάτων τύπου καρότου. Επομένως, είναι κρίσιμο να γυαλίζονται σωστά τα πλακίδια SiC, επειδή αυτές οι γρατσουνιές μπορούν να έχουν σημαντικό αντίκτυπο στην απόδοση της συσκευής όταν εμφανίζονται στην ενεργή περιοχή της συσκευής.
Άλλα ελαττώματα μορφολογίας επιφάνειας
Η σταδιακή συσσώρευση είναι ένα επιφανειακό ελάττωμα που σχηματίζεται κατά τη διάρκεια της διαδικασίας επιταξιακής ανάπτυξης του SiC, το οποίο παράγει αμβλέα τρίγωνα ή τραπεζοειδή χαρακτηριστικά στην επιφάνεια της επιστρώσης SiC. Υπάρχουν πολλά άλλα επιφανειακά ελαττώματα, όπως επιφανειακές κοιλότητες, εξογκώματα και λεκέδες. Αυτά τα ελαττώματα συνήθως προκαλούνται από μη βελτιστοποιημένες διαδικασίες ανάπτυξης και ατελή αφαίρεση των ζημιών από το γυάλισμα, γεγονός που επηρεάζει αρνητικά την απόδοση της συσκευής.
Ώρα δημοσίευσης: 05 Ιουνίου 2024