A tecnoloxía básica para o crecemento deepitaxial de SiCOs materiais son, en primeiro lugar, a tecnoloxía de control de defectos, especialmente para a tecnoloxía de control de defectos que é propensa a fallos de dispositivos ou degradación da fiabilidade. O estudo do mecanismo dos defectos do substrato que se estenden á capa epitaxial durante o proceso de crecemento epitaxial, as leis de transferencia e transformación dos defectos na interface entre o substrato e a capa epitaxial e o mecanismo de nucleación dos defectos son a base para aclarar a correlación entre os defectos do substrato e os defectos estruturais epitaxiais, o que pode guiar eficazmente a selección do substrato e a optimización do proceso epitaxial.
Os defectos decapas epitaxiais de carburo de siliciodivídense principalmente en dúas categorías: defectos cristalinos e defectos de morfoloxía superficial. Os defectos cristalinos, incluídos os defectos puntuais, as dislocacións de parafuso, os defectos de microtúbulos, as dislocacións de bordo, etc., orixínanse principalmente a partir de defectos en substratos de SiC e difúndense na capa epitaxial. Os defectos de morfoloxía superficial pódense observar directamente a simple vista cun microscopio e teñen características morfolóxicas típicas. Os defectos de morfoloxía superficial inclúen principalmente: rabuñadura, defecto triangular, defecto de cenoria, caída e partícula, como se mostra na Figura 4. Durante o proceso epitaxial, as partículas estrañas, os defectos do substrato, os danos superficiais e as desviacións do proceso epitaxial poden afectar o modo de crecemento do fluxo escalonado local, o que resulta en defectos de morfoloxía superficial.
Táboa 1. Causas da formación de defectos matriciais comúns e defectos de morfoloxía superficial en capas epitaxiais de SiC
Defectos puntuais
Os defectos puntuais fórmanse por vacancias ou ocos nun único punto da rede ou en varios puntos da rede, e non teñen extensión espacial. Os defectos puntuais poden ocorrer en todos os procesos de produción, especialmente na implantación de ións. Non obstante, son difíciles de detectar e a relación entre a transformación dos defectos puntuais e outros defectos tamén é bastante complexa.
Microtubos (MP)
Os microtubos son dislocacións de parafuso oco que se propagan ao longo do eixe de crecemento, cun vector de Burgers <0001>. O diámetro dos microtubos varía desde unha fracción de micra ata decenas de micras. Os microtubos mostran grandes características superficiais en forma de pozos na superficie das obleas de SiC. Normalmente, a densidade dos microtubos é duns 0,1~1 cm-2 e continúa a diminuír na monitorización da calidade da produción de obleas comerciais.
Luxacións de parafuso (TSD) e luxacións de bordo (TED)
As dislocacións no SiC son a principal fonte de degradación e fallo dos dispositivos. Tanto as dislocacións de parafuso (TSD) como as dislocacións de bordo (TED) percorren o eixe de crecemento, con vectores de Burgers de <0001> e 1/3<11–20>, respectivamente.
Tanto as dislocacións de parafuso (TSD) como as dislocacións de bordo (TED) poden estenderse desde o substrato ata a superficie da oblea e presentar pequenas características superficiais en forma de pozos (Figura 4b). Normalmente, a densidade de dislocacións de bordo é aproximadamente 10 veces maior que a das dislocacións de parafuso. As dislocacións de parafuso estendidas, é dicir, as que se estenden desde o substrato ata a epicapa, tamén poden transformarse noutros defectos e propagarse ao longo do eixe de crecemento. Duranteepitaxial de SiCcrecemento, as dislocacións de parafuso convértense en fallas de apilamento (SF) ou defectos de cenoria, mentres que as dislocacións de bordo nas epicapas móstrase que se converten a partir de dislocacións do plano basal (BPD) herdadas do substrato durante o crecemento epitaxial.
Luxación do plano básico (BPD)
Situados no plano basal do SiC, cun vector de Burgers de 1/3 <11–20>. Os BPD aparecen raramente na superficie das obleas de SiC. Adoitan concentrarse no substrato cunha densidade de 1500 cm-2, mentres que a súa densidade na epicapa é só duns 10 cm-2. A detección de BPD mediante fotoluminescencia (PL) mostra características lineais, como se mostra na Figura 4c. Duranteepitaxial de SiCcrecemento, as BPD estendidas poden converterse en fallas de apilamento (SF) ou dislocacións de bordo (TED).
Fallos de apilamento (SF)
Defectos na secuencia de apilamento do plano basal do SiC. As fallas de apilamento poden aparecer na capa epitaxial herdando SFs no substrato ou estar relacionadas coa extensión e transformación de dislocacións do plano basal (BPD) e dislocacións de parafuso de rosca (TSD). Xeralmente, a densidade de SF é inferior a 1 cm-2 e presentan unha característica triangular cando se detectan mediante PL, como se mostra na Figura 4e. Non obstante, pódense formar varios tipos de fallas de apilamento en SiC, como o tipo Shockley e o tipo Frank, porque mesmo unha pequena cantidade de desorde de enerxía de apilamento entre planos pode levar a unha irregularidade considerable na secuencia de apilamento.
Caída
O defecto de caída orixínase principalmente na caída de partículas nas paredes superior e laterais da cámara de reacción durante o proceso de crecemento, o que se pode optimizar optimizando o proceso de mantemento periódico dos consumibles de grafito da cámara de reacción.
Defecto triangular
Trátase dunha inclusión de politipo 3C-SiC que se estende ata a superficie da epicapa de SiC ao longo da dirección do plano basal, como se mostra na Figura 4g. Pode ser xerada pola caída de partículas na superficie da epicapa de SiC durante o crecemento epitaxial. As partículas están incrustadas na epicapa e interfiren co proceso de crecemento, o que resulta en inclusións de politipo 3C-SiC, que mostran características superficiais triangulares en ángulo agudo coas partículas situadas nos vértices da rexión triangular. Moitos estudos tamén atribuíron a orixe das inclusións de politipo a rabuñaduras superficiais, microtubos e parámetros inadecuados do proceso de crecemento.
Defecto de cenoria
Un defecto de cenoria é un complexo de fallas de apilamento con dous extremos situados nos planos cristalinos basais TSD e SF, terminado por unha dislocación de tipo Frank, e o tamaño do defecto de cenoria está relacionado coa falla de apilamento prismática. A combinación destas características forma a morfoloxía superficial do defecto de cenoria, que semella unha forma de cenoria cunha densidade inferior a 1 cm-2, como se mostra na Figura 4f. Os defectos de cenoria fórmanse facilmente en rabuñaduras de pulido, TSD ou defectos de substrato.
Rasguños
As rabuñaduras son danos mecánicos na superficie das obleas de SiC que se forman durante o proceso de produción, como se mostra na Figura 4h. As rabuñaduras no substrato de SiC poden interferir co crecemento da epicapa, producir unha fileira de dislocacións de alta densidade dentro da epicapa ou as rabuñaduras poden converterse na base para a formación de defectos de cenoria. Polo tanto, é fundamental pulir axeitadamente as obleas de SiC porque estas rabuñaduras poden ter un impacto significativo no rendemento do dispositivo cando aparecen na área activa do dispositivo.
Outros defectos da morfoloxía superficial
A agrupación escalonada é un defecto superficial formado durante o proceso de crecemento epitaxial do SiC, que produce triángulos obtusos ou características trapezoidais na superficie da epicapa de SiC. Existen moitos outros defectos superficiais, como pozos, protuberancias e manchas superficiais. Estes defectos adoitan estar causados por procesos de crecemento non optimizados e por unha eliminación incompleta dos danos do pulido, o que afecta negativamente ao rendemento do dispositivo.
Data de publicación: 05-06-2024