فناوری اصلی برای رشداپیتکسیال SiCمواد در درجه اول فناوری کنترل نقص است، به ویژه برای فناوری کنترل نقص که مستعد خرابی دستگاه یا کاهش قابلیت اطمینان است. مطالعه مکانیسم نقصهای زیرلایه که در طول فرآیند رشد اپیتاکسیال به لایه اپیتاکسیال گسترش مییابند، قوانین انتقال و تبدیل نقصها در سطح مشترک بین زیرلایه و لایه اپیتاکسیال، و مکانیسم هستهزایی نقصها، مبنایی برای روشن شدن همبستگی بین نقصهای زیرلایه و نقصهای ساختاری اپیتاکسیال هستند که میتوانند به طور مؤثر غربالگری زیرلایه و بهینهسازی فرآیند اپیتاکسیال را هدایت کنند.
نقص هایلایههای اپیتکسیال کاربید سیلیکونعمدتاً به دو دسته تقسیم میشوند: نقصهای کریستالی و نقصهای مورفولوژی سطحی. نقصهای کریستالی، شامل نقصهای نقطهای، نابجاییهای پیچی، نقصهای میکروتوبولی، نابجاییهای لبهای و غیره، عمدتاً از نقصهای روی زیرلایههای SiC منشأ میگیرند و به لایه اپیتاکسیال نفوذ میکنند. نقصهای مورفولوژی سطحی را میتوان مستقیماً با چشم غیرمسلح با استفاده از میکروسکوپ مشاهده کرد و دارای ویژگیهای مورفولوژیکی معمول هستند. نقصهای مورفولوژی سطحی عمدتاً شامل موارد زیر هستند: خراش، نقص مثلثی، نقص هویج، ریزش و ذره، همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است. در طول فرآیند اپیتاکسیال، ذرات خارجی، نقصهای زیرلایه، آسیب سطحی و انحرافات فرآیند اپیتاکسیال همگی ممکن است بر حالت رشد جریان پلهای محلی تأثیر بگذارند و منجر به نقصهای مورفولوژی سطحی شوند.
جدول 1. علل تشکیل عیوب رایج زمینه و عیوب مورفولوژی سطح در لایههای اپیتاکسیال SiC
عیوب نقطهای
نقصهای نقطهای توسط جای خالی یا شکاف در یک یا چند نقطه شبکه تشکیل میشوند و هیچ امتداد فضایی ندارند. نقصهای نقطهای ممکن است در هر فرآیند تولید، به ویژه در کاشت یون، رخ دهند. با این حال، تشخیص آنها دشوار است و رابطه بین تبدیل نقصهای نقطهای و سایر نقصها نیز بسیار پیچیده است.
میکروپایپها (MP)
میکروپایپها، نابجاییهای پیچی توخالی هستند که در امتداد محور رشد، با بردار برگرز <0001> منتشر میشوند. قطر میکروتیوبها از کسری از میکرون تا دهها میکرون متغیر است. میکروتیوبها ویژگیهای سطحی حفرهمانند بزرگی را روی سطح ویفرهای SiC نشان میدهند. به طور معمول، چگالی میکروتیوبها حدود 0.1 تا 1 سانتیمتر مربع است و در نظارت بر کیفیت تولید ویفر تجاری، همچنان کاهش مییابد.
نابجاییهای پیچی (TSD) و نابجاییهای لبهای (TED)
نابجاییها در SiC منبع اصلی تخریب و خرابی دستگاه هستند. هم نابجاییهای پیچی (TSD) و هم نابجاییهای لبهای (TED) در امتداد محور رشد، به ترتیب با بردارهای برگرز <0001> و 1/3<11–20> قرار دارند.
هم نابجاییهای پیچی (TSD) و هم نابجاییهای لبهای (TED) میتوانند از زیرلایه به سطح ویفر گسترش یافته و ویژگیهای سطحی کوچک حفره مانند ایجاد کنند (شکل 4b). معمولاً چگالی نابجاییهای لبهای حدود 10 برابر نابجاییهای پیچی است. نابجاییهای پیچی امتداد یافته، یعنی نابجاییهایی که از زیرلایه به لایه رویی امتداد مییابند، ممکن است به نقصهای دیگری نیز تبدیل شده و در امتداد محور رشد منتشر شوند. در طولاپیتکسیال SiCدر رشد، نابجاییهای پیچی به نقصهای انباشتگی (SF) یا نقصهای هویجی تبدیل میشوند، در حالی که نشان داده شده است که نابجاییهای لبهای در اپیلایهها از نابجاییهای صفحه پایه (BPDs) که از زیرلایه در طول رشد اپیتاکسیال به ارث رسیدهاند، تبدیل میشوند.
دررفتگی صفحه پایه (BPD)
واقع در صفحه پایه SiC، با بردار برگرز 1/3 <11–20>. BPD ها به ندرت روی سطح ویفرهای SiC ظاهر میشوند. آنها معمولاً روی زیرلایه با چگالی 1500 cm-2 متمرکز هستند، در حالی که چگالی آنها در لایه رویی تنها حدود 10 cm-2 است. تشخیص BPD ها با استفاده از فوتولومینسانس (PL) ویژگیهای خطی را نشان میدهد، همانطور که در شکل 4c نشان داده شده است. در طولاپیتکسیال SiCبا رشد، BPD های توسعه یافته ممکن است به خطاهای انباشتگی (SF) یا نابجاییهای لبهای (TED) تبدیل شوند.
خطاهای پشتهسازی (SF)
نقص در توالی چینش صفحه پایه SiC. عیوب چینش میتوانند در لایه اپیتاکسیال با به ارث بردن SFها در زیرلایه ظاهر شوند، یا مربوط به امتداد و تبدیل نابجاییهای صفحه پایه (BPDها) و نابجاییهای پیچ رزوهدار (TSDها) باشند. به طور کلی، چگالی SFها کمتر از 1 سانتیمتر مربع است و همانطور که در شکل 4e نشان داده شده است، هنگام تشخیص با استفاده از PL، یک ویژگی مثلثی از خود نشان میدهند. با این حال، انواع مختلفی از عیوب چینش میتوانند در SiC ایجاد شوند، مانند نوع شاکلی و نوع فرانک، زیرا حتی مقدار کمی بینظمی انرژی چینش بین صفحات میتواند منجر به بینظمی قابل توجهی در توالی چینش شود.
سقوط
نقص ریزش عمدتاً از ریزش ذرات روی دیوارههای بالایی و جانبی محفظه واکنش در طول فرآیند رشد ناشی میشود که میتوان با بهینهسازی فرآیند نگهداری دورهای مواد مصرفی گرافیت محفظه واکنش، آن را بهینه کرد.
نقص مثلثی
این یک آخال چند شکلی 3C-SiC است که در امتداد جهت صفحه پایه تا سطح اپیلایه SiC امتداد مییابد، همانطور که در شکل 4g نشان داده شده است. این آخال ممکن است در اثر سقوط ذرات روی سطح اپیلایه SiC در طول رشد اپیتکسیال ایجاد شود. این ذرات در اپیلایه قرار گرفته و در فرآیند رشد اختلال ایجاد میکنند و منجر به آخالهای چند شکلی 3C-SiC میشوند که ویژگیهای سطحی مثلثی تیز زاویهدار را با ذرات واقع در رئوس ناحیه مثلثی نشان میدهند. بسیاری از مطالعات نیز منشأ آخالهای چند شکلی را به خراشهای سطحی، میکروپایپها و پارامترهای نامناسب فرآیند رشد نسبت دادهاند.
نقص هویج
نقص هویج یک کمپلکس نقص انباشتگی است که دو انتها در صفحات کریستالی پایه TSD و SF قرار دارند و توسط یک نابجایی از نوع فرانک خاتمه مییابند و اندازه نقص هویج به نقص انباشتگی منشوری مربوط میشود. ترکیب این ویژگیها، مورفولوژی سطح نقص هویج را تشکیل میدهد که مانند شکل هویج با چگالی کمتر از 1 سانتیمتر مربع به نظر میرسد، همانطور که در شکل 4f نشان داده شده است. نقصهای هویج به راحتی در خراشهای صیقلکاری، TSDها یا نقصهای زیرلایه ایجاد میشوند.
خراشها
خراشها، آسیبهای مکانیکی روی سطح ویفرهای SiC هستند که در طول فرآیند تولید ایجاد میشوند، همانطور که در شکل 4h نشان داده شده است. خراشهای روی زیرلایه SiC ممکن است در رشد اپیلایه اختلال ایجاد کنند، ردیفی از نابجاییهای با چگالی بالا در داخل اپیلایه ایجاد کنند، یا خراشها ممکن است مبنایی برای تشکیل نقصهای هویجی شوند. بنابراین، صیقل دادن صحیح ویفرهای SiC بسیار مهم است زیرا این خراشها میتوانند تأثیر قابل توجهی بر عملکرد دستگاه داشته باشند، زمانی که در ناحیه فعال دستگاه ظاهر میشوند.
سایر عیوب مورفولوژی سطحی
خوشهبندی پلهای یک نقص سطحی است که در طول فرآیند رشد اپیتاکسیال SiC ایجاد میشود و باعث ایجاد مثلثهای منفرجه یا ویژگیهای ذوزنقهای روی سطح اپیلایه SiC میشود. نقصهای سطحی بسیار دیگری مانند حفرههای سطحی، برآمدگیها و لکهها نیز وجود دارند. این نقصها معمولاً در اثر فرآیندهای رشد بهینه نشده و حذف ناقص آسیبهای ناشی از پرداخت ایجاد میشوند که بر عملکرد دستگاه تأثیر منفی میگذارد.
زمان ارسال: ژوئن-05-2024