Hazkunderako oinarrizko teknologiaSiC epitaxialaMaterialak, lehenik eta behin, akatsen kontrol teknologia dira, batez ere gailuen akats edo fidagarritasun degradazio joera duten akatsen kontrol teknologiarako. Hazkunde epitaxialaren prozesuan substratuaren akatsen transferentzia eta eraldaketa legeak aztertzea, substratuaren eta geruza epitaxialaren arteko interfazean dauden akatsen transferentzia eta eraldaketa legeak eta akatsen nukleazio mekanismoa dira substratuaren akatsen eta akats estruktural epitaxialen arteko korrelazioa argitzeko oinarria, eta horrek substratuaren baheketa eta prozesu epitaxialaren optimizazioa eraginkortasunez gidatu dezake.
Akatsak.silizio karburozko geruza epitaxialakBi kategoriatan banatzen dira batez ere: kristal-akatsak eta gainazaleko morfologia-akatsak. Kristal-akatsak, besteak beste, puntu-akatsak, torloju-dislokazioak, mikrotubulu-akatsak, ertz-dislokazioak eta abar, gehienbat SiC substratuetako akatsetatik sortzen dira eta epitaxial geruzan barreiatzen dira. Gainazaleko morfologia-akatsak zuzenean ikus daitezke begi hutsez mikroskopio bat erabiliz eta ezaugarri morfologiko tipikoak dituzte. Gainazaleko morfologia-akatsen artean hauek daude batez ere: Marradura, Triangelu-akatsa, Azenario-akatsa, Erorketa eta Partikula, 4. irudian erakusten den bezala. Epitaxial prozesuan zehar, partikula arrotzek, substratu-akatsek, gainazaleko kalteek eta epitaxial prozesuaren desbideratzeek tokiko urrats-fluxuaren hazkuntza-moduan eragina izan dezakete, gainazaleko morfologia-akatsak sortuz.
1. taula. SiC geruza epitaxialetan matrizearen akats ohikoenak eta gainazaleko morfologia akatsen eraketaren arrazoiak
Puntu-akatsak
Puntu-akatsak sare-puntu bakarrean edo hainbat sare-puntutan dauden hutsune edo hutsuneek sortzen dituzte, eta ez dute espazio-hedapenik. Puntu-akatsak ekoizpen-prozesu guztietan gerta daitezke, batez ere ioien inplantazioan. Hala ere, zailak dira detektatzen, eta puntu-akatsen eraldaketaren eta beste akatsen arteko erlazioa ere nahiko konplexua da.
Mikrohodiak (MP)
Mikrohodiak hazkuntza-ardatzean zehar hedatzen diren torloju-dislokazio hutsak dira, <0001> Burgers bektore batekin. Mikrohodien diametroa mikra baten zati batetik hamarnaka mikrara bitartekoa da. Mikrohodiek zulo itxurako gainazaleko ezaugarri handiak erakusten dituzte SiC obleen gainazalean. Normalean, mikrohodien dentsitatea 0,1~1 cm-2 ingurukoa da eta gutxitzen jarraitzen du obleen ekoizpen komertzialeko kalitatearen monitorizazioan.
Torloju-dislokazioak (TSD) eta ertz-dislokazioak (TED)
SiC-ko dislokazioak dira gailuen degradazio eta akatsen iturri nagusia. Bai torloju-dislokazioak (TSD) bai ertz-dislokazioak (TED) hazkunde-ardatzean zehar doaz, <0001> eta 1/3<11–20> Burgers bektoreekin, hurrenez hurren.
Torloju-dislokazioek (TSD) eta ertz-dislokazioek (TED) substratutik oblearen gainazalera heda daitezke eta zulo itxurako gainazaleko ezaugarri txikiak ekar ditzakete (4b irudia). Normalean, ertz-dislokazioen dentsitatea torloju-dislokazioena baino 10 aldiz handiagoa da gutxi gorabehera. Torloju-dislokazio luzatuek, hau da, substratutik geruza epidermora hedatzen direnek, beste akats batzuetan ere eraldatu eta hazkunde-ardatzean zehar heda daitezke. Zehar...SiC epitaxialahazkuntzan, torloju-dislokazioak pilatze-akats (SF) edo azenario-akats bihurtzen dira, eta epigeruzeetako ertz-dislokazioak, berriz, substratutik hazkuntza epitaxialean zehar heredatutako plano basaleko dislokazioetatik (BPD) bihurtzen direla erakusten da.
Oinarrizko planoko dislokazioa (BPD)
SiC plano basalean kokatuta, 1/3 <11–20>-ko Burgers bektorearekin. BPDak gutxitan agertzen dira SiC obleen gainazalean. Normalean substratuan kontzentratzen dira 1500 cm-2-ko dentsitatearekin, eta epigeruzan duten dentsitatea 10 cm-2 ingurukoa da. BPDak fotolumineszentzia (PL) erabiliz detektatzeak ezaugarri linealak erakusten ditu, 4c irudian erakusten den bezala. Zehar...SiC epitaxialahazkundearekin, BPD hedatuak pilatze-failura (SF) edo ertz-dislokazioetara (TED) bihur daitezke.
Pilatze-akatsak (SFak)
SiC plano basaleko pilatze-sekuentzian dauden akatsak. Pilatze-akatsak geruza epitaxialean ager daitezke substratuko SFak heredatuz, edo plano basaleko dislokazioen (BPD) eta hariztatzeko torloju-dislokazioen (TSD) hedapen eta eraldaketarekin erlazionatuta egon daitezke. Oro har, SFen dentsitatea 1 cm-2 baino txikiagoa da, eta ezaugarri triangeluarra erakusten dute PL erabiliz detektatzen direnean, 4e irudian erakusten den bezala. Hala ere, hainbat pilatze-akats mota sor daitezke SiC-n, hala nola Shockley motakoa eta Frank motakoa, planoen arteko pilatze-energiaren desordena txiki batek ere irregulartasun handia sor dezakeelako pilatze-sekuentzian.
Gainbehera
Erorketa-akatsa batez ere erreakzio-ganberaren goiko eta alboko hormetan hazkuntza-prozesuan zehar partikulak erortzean sortzen da, eta hori optimiza daiteke erreakzio-ganberako grafitozko kontsumigarrien aldizkako mantentze-prozesua optimizatuz.
Triangelu formako akatsa
3C-SiC politipo inklusio bat da, SiC geruza epitaxialaren gainazalera hedatzen dena plano basalaren norabidean zehar, 4g irudian erakusten den bezala. Hazkunde epitaxialean SiC geruza epitaxialaren gainazalean erortzen diren partikulek sor dezakete. Partikulak geruza epitaxialean txertatuta daude eta hazkuntza-prozesuan oztopatzen dute, 3C-SiC politipo inklusioak sortuz, eta hauek gainazaleko ezaugarri triangeluar zorrotzak erakusten dituzte, partikulak eskualde triangeluarraren erpinetan kokatuta daudelarik. Ikerketa askok politipo inklusioen jatorria gainazaleko marradurei, mikrohodiei eta hazkuntza-prozesuaren parametro desegokiei egotzi diete.
Azenarioaren akatsa
Azenario-akatsa TSD eta SF kristal-plano basaletan kokatutako bi mutur dituen pilatze-faila konplexu bat da, Frank motako dislokazio batek amaitzen duena, eta azenario-akatsaren tamaina pilatze-faila prismatikoaren erlazioa du. Ezaugarri hauen konbinazioak azenario-akatsaren gainazaleko morfologia osatzen du, 1 cm-2 baino gutxiagoko dentsitatearekin azenario-formakoa, 4f irudian erakusten den bezala. Azenario-akatsak erraz sortzen dira leuntze-marradurak, TSDak edo substratu-akatsak gertatzen direnean.
Marradurak
Marradurak SiC obleten gainazalean ekoizpen-prozesuan sortzen diren kalte mekanikoak dira, 4h irudian ikusten den bezala. SiC substratuan dauden marradurak geruza epitaxialaren hazkuntzan eragin dezakete, dentsitate handiko dislokazio-lerro bat sor dezakete geruza epitaxialean, edo marradurak akatsen oinarri bihur daitezke. Beraz, ezinbestekoa da SiC obleak behar bezala leuntzea, marradura hauek eragin handia izan baitezakete gailuaren errendimenduan, gailuaren eremu aktiboan agertzen direnean.
Beste gainazal morfologia akats batzuk
Maila-multzokatzea SiC epitaxial hazkuntza prozesuan sortzen den gainazaleko akats bat da, eta triangelu kamutsak edo ezaugarri trapezoidalak sortzen ditu SiC epigeruzaren gainazalean. Beste gainazaleko akats asko ere badaude, hala nola zuloak, kolpeak eta orbanak. Akats hauek normalean hazkuntza-prozesu desegokiek eta leuntze-kalteen ezabapen osatugabeak eragiten dituzte, eta horrek gailuaren errendimenduari eragiten dio kaltegarriki.
Argitaratze data: 2024ko ekainak 5