La tecnología central para el crecimiento deepitaxial de SiCLos materiales son, en primer lugar, tecnología de control de defectos, especialmente aquellos que son propensos a fallas del dispositivo o a la degradación de la confiabilidad. El estudio del mecanismo por el cual los defectos del sustrato se extienden a la capa epitaxial durante el proceso de crecimiento epitaxial, las leyes de transferencia y transformación de defectos en la interfaz entre el sustrato y la capa epitaxial, y el mecanismo de nucleación de defectos son la base para aclarar la correlación entre los defectos del sustrato y los defectos estructurales epitaxiales, lo que puede guiar eficazmente el cribado del sustrato y la optimización del proceso epitaxial.
Los defectos decapas epitaxiales de carburo de silicioSe dividen principalmente en dos categorías: defectos cristalinos y defectos de morfología superficial. Los defectos cristalinos, incluyendo defectos puntuales, dislocaciones helicoidales, defectos de microtúbulos, dislocaciones de borde, etc., se originan principalmente a partir de defectos en sustratos de SiC y se difunden en la capa epitaxial. Los defectos de morfología superficial se pueden observar directamente a simple vista con un microscopio y presentan características morfológicas típicas. Los defectos de morfología superficial incluyen principalmente: rayado, defecto triangular, defecto de zanahoria, caída y partícula, como se muestra en la Figura 4. Durante el proceso epitaxial, partículas extrañas, defectos del sustrato, daños superficiales y desviaciones del proceso epitaxial pueden afectar el modo de crecimiento del flujo escalonado local, resultando en defectos de morfología superficial.
Tabla 1. Causas de la formación de defectos comunes de matriz y defectos de morfología superficial en capas epitaxiales de SiC
Defectos puntuales
Los defectos puntuales se forman por vacantes o huecos en uno o varios puntos de la red, y no tienen extensión espacial. Pueden ocurrir en cualquier proceso de producción, especialmente en la implantación de iones. Sin embargo, son difíciles de detectar, y la relación entre la transformación de los defectos puntuales y otros defectos también es bastante compleja.
Micropipas (MP)
Los microtubos son dislocaciones helicoidales huecas que se propagan a lo largo del eje de crecimiento, con un vector de Burgers <0001>. El diámetro de los microtubos varía desde una fracción de micra hasta decenas de micras. Los microtubos presentan grandes características superficiales similares a picaduras en la superficie de las obleas de SiC. Normalmente, la densidad de los microtubos es de aproximadamente 0,1 a 1 cm⁻² y continúa disminuyendo en el control de calidad de la producción comercial de obleas.
Dislocaciones de tornillo (TSD) y dislocaciones de borde (TED)
Las dislocaciones en el SiC son la principal causa de degradación y fallos de los dispositivos. Tanto las dislocaciones de tornillo (TSD) como las dislocaciones de borde (TED) discurren a lo largo del eje de crecimiento, con vectores de Burgers de <0001> y 1/3<11–20>, respectivamente.
Tanto las dislocaciones de tornillo (TSD) como las dislocaciones de borde (TED) pueden extenderse desde el sustrato hasta la superficie de la oblea y generar pequeñas características superficiales similares a picaduras (Figura 4b). Normalmente, la densidad de las dislocaciones de borde es aproximadamente diez veces mayor que la de las dislocaciones de tornillo. Las dislocaciones de tornillo extendidas, es decir, las que se extienden desde el sustrato hasta la epicapa, también pueden transformarse en otros defectos y propagarse a lo largo del eje de crecimiento. Duranteepitaxial de SiCDurante el crecimiento, las dislocaciones de tornillo se convierten en fallas de apilamiento (SF) o defectos de zanahoria, mientras que se demuestra que las dislocaciones de borde en las epicapas se convierten a partir de dislocaciones del plano basal (BPD) heredadas del sustrato durante el crecimiento epitaxial.
Luxación del plano básico (BPD)
Ubicados en el plano basal del SiC, con un vector de Burgers de 1/3 <11–20>. Los BPD rara vez aparecen en la superficie de las obleas de SiC. Suelen concentrarse en el sustrato con una densidad de 1500 cm⁻², mientras que su densidad en la epicapa es de tan solo unos 10 cm⁻². La detección de BPD mediante fotoluminiscencia (PL) muestra características lineales, como se muestra en la Figura 4c. Duranteepitaxial de SiCA medida que crece, las BPD extendidas pueden convertirse en fallas de apilamiento (SF) o dislocaciones de borde (TED).
Fallas de apilamiento (FS)
Defectos en la secuencia de apilamiento del plano basal del SiC. Las fallas de apilamiento pueden aparecer en la capa epitaxial mediante la herencia de SF en el sustrato, o estar relacionadas con la extensión y transformación de dislocaciones del plano basal (BPD) y dislocaciones de rosca helicoidal (TSD). Generalmente, la densidad de las SF es inferior a 1 cm⁻² y presentan una forma triangular al detectarse mediante PL, como se muestra en la Figura 4e. Sin embargo, en el SiC se pueden formar diversos tipos de fallas de apilamiento, como las de tipo Shockley y tipo Frank, ya que incluso un pequeño desorden de energía de apilamiento entre planos puede provocar una irregularidad considerable en la secuencia de apilamiento.
Caída
El defecto de caída se origina principalmente por la caída de partículas en las paredes superiores y laterales de la cámara de reacción durante el proceso de crecimiento, que se puede optimizar optimizando el proceso de mantenimiento periódico de los consumibles de grafito de la cámara de reacción.
Defecto triangular
Se trata de una inclusión politipo de 3C-SiC que se extiende a la superficie de la epicapa de SiC a lo largo del plano basal, como se muestra en la Figura 4g. Puede generarse por la caída de partículas sobre la superficie de la epicapa de SiC durante el crecimiento epitaxial. Las partículas se incrustan en la epicapa e interfieren en el proceso de crecimiento, dando lugar a inclusiones politipo de 3C-SiC, que presentan características superficiales triangulares de ángulo agudo, con las partículas ubicadas en los vértices de la región triangular. Muchos estudios también han atribuido el origen de las inclusiones politipo a rayones superficiales, microtubos y parámetros incorrectos del proceso de crecimiento.
Defecto de la zanahoria
Un defecto de zanahoria es un complejo de fallas de apilamiento con dos extremos ubicados en los planos basales cristalinos TSD y SF, terminados por una dislocación de tipo Frank. Su tamaño está relacionado con la falla de apilamiento prismática. La combinación de estas características conforma la morfología superficial del defecto de zanahoria, que presenta una forma similar a la de una zanahoria con una densidad inferior a 1 cm⁻², como se muestra en la Figura 4f. Los defectos de zanahoria se forman fácilmente en arañazos de pulido, TSD o defectos del sustrato.
Arañazos
Los arañazos son daños mecánicos en la superficie de las obleas de SiC que se forman durante el proceso de producción, como se muestra en la Figura 4h. Los arañazos en el sustrato de SiC pueden interferir con el crecimiento de la epicapa, producir una hilera de dislocaciones de alta densidad dentro de ella o ser la base de la formación de defectos de zanahoria. Por lo tanto, es fundamental pulir adecuadamente las obleas de SiC, ya que estos arañazos pueden afectar significativamente el rendimiento del dispositivo cuando aparecen en el área activa.
Otros defectos de morfología superficial
El amontonamiento escalonado es un defecto superficial que se forma durante el proceso de crecimiento epitaxial del SiC, el cual produce triángulos obtusos o características trapezoidales en la superficie de la epicapa de SiC. Existen muchos otros defectos superficiales, como picaduras, protuberancias y manchas. Estos defectos suelen deberse a procesos de crecimiento no optimizados y a la eliminación incompleta de los daños del pulido, lo que afecta negativamente al rendimiento del dispositivo.
Hora de publicación: 05-jun-2024