सिलिकॉन कार्बाइड एपीटैक्सियल परत के दोष क्या हैं?

के विकास के लिए मुख्य प्रौद्योगिकीSiC एपिटैक्सियलसामग्री सबसे पहले दोष नियंत्रण प्रौद्योगिकी है, विशेष रूप से दोष नियंत्रण प्रौद्योगिकी के लिए जो डिवाइस विफलता या विश्वसनीयता गिरावट के लिए प्रवण है। एपिटैक्सियल विकास प्रक्रिया के दौरान एपिटैक्सियल परत में विस्तारित सब्सट्रेट दोषों के तंत्र का अध्ययन, सब्सट्रेट और एपिटैक्सियल परत के बीच इंटरफेस पर दोषों के हस्तांतरण और परिवर्तन कानून, और दोषों के न्यूक्लियेशन तंत्र सब्सट्रेट दोषों और एपिटैक्सियल संरचनात्मक दोषों के बीच सहसंबंध को स्पष्ट करने का आधार हैं, जो प्रभावी रूप से सब्सट्रेट स्क्रीनिंग और एपिटैक्सियल प्रक्रिया अनुकूलन का मार्गदर्शन कर सकते हैं।

के दोषसिलिकॉन कार्बाइड एपीटैक्सियल परतेंमुख्य रूप से दो श्रेणियों में विभाजित हैं: क्रिस्टल दोष और सतह आकृति विज्ञान दोष। क्रिस्टल दोष, जिसमें बिंदु दोष, पेंच अव्यवस्था, माइक्रोट्यूब्यूल दोष, किनारा अव्यवस्था आदि शामिल हैं, ज्यादातर SiC सब्सट्रेट पर दोषों से उत्पन्न होते हैं और एपिटैक्सियल परत में फैल जाते हैं। सतह आकृति विज्ञान दोषों को माइक्रोस्कोप का उपयोग करके नंगी आंखों से सीधे देखा जा सकता है और इनमें विशिष्ट रूपात्मक विशेषताएं होती हैं। सतह आकृति विज्ञान दोषों में मुख्य रूप से शामिल हैं: खरोंच, त्रिकोणीय दोष, गाजर दोष, पतन और कण, जैसा कि चित्र 4 में दिखाया गया है। एपिटैक्सियल प्रक्रिया के दौरान, विदेशी कण, सब्सट्रेट दोष, सतह क्षति और एपिटैक्सियल प्रक्रिया विचलन सभी स्थानीय चरण प्रवाह विकास मोड को प्रभावित कर सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप सतह आकृति विज्ञान दोष हो सकते हैं।

तालिका 1. SiC एपिटैक्सियल परतों में सामान्य मैट्रिक्स दोषों और सतह आकृति विज्ञान दोषों के गठन के कारण

 

बिंदु दोष

बिंदु दोष एक जाली बिंदु या कई जाली बिंदुओं पर रिक्तियों या अंतरालों द्वारा बनते हैं, और उनका कोई स्थानिक विस्तार नहीं होता है। बिंदु दोष हर उत्पादन प्रक्रिया में हो सकते हैं, खासकर आयन प्रत्यारोपण में। हालाँकि, उनका पता लगाना मुश्किल है, और बिंदु दोषों और अन्य दोषों के परिवर्तन के बीच का संबंध भी काफी जटिल है।

 

माइक्रोपाइप्स (एमपी)

माइक्रोपाइप खोखले स्क्रू डिस्लोकेशन हैं जो बर्गर्स वेक्टर <0001> के साथ विकास अक्ष के साथ फैलते हैं। माइक्रोट्यूब का व्यास एक माइक्रोन के अंश से लेकर दसियों माइक्रोन तक होता है। माइक्रोट्यूब SiC वेफ़र की सतह पर बड़े गड्ढे जैसी सतही विशेषताएँ दिखाते हैं। आम तौर पर, माइक्रोट्यूब का घनत्व लगभग 0.1~1cm-2 होता है और वाणिज्यिक वेफ़र उत्पादन गुणवत्ता निगरानी में इसमें कमी जारी रहती है।

 

स्क्रू डिस्लोकेशन (टीएसडी) और एज डिस्लोकेशन (टीईडी)

SiC में अव्यवस्थाएं डिवाइस के क्षरण और विफलता का मुख्य स्रोत हैं। स्क्रू अव्यवस्थाएं (TSD) और एज अव्यवस्थाएं (TED) दोनों ही वृद्धि अक्ष के साथ चलती हैं, जिनमें बर्गर वेक्टर क्रमशः <0001> और 1/3<11–20> होते हैं।

स्क्रू डिस्लोकेशन (TSD) और एज डिस्लोकेशन (TED) दोनों ही सब्सट्रेट से वेफर सतह तक फैल सकते हैं और छोटे गड्ढे जैसी सतही विशेषताएं ला सकते हैं (चित्र 4b)। आम तौर पर, एज डिस्लोकेशन का घनत्व स्क्रू डिस्लोकेशन से लगभग 10 गुना होता है। विस्तारित स्क्रू डिस्लोकेशन, यानी सब्सट्रेट से एपिलेयर तक फैलने वाले डिस्लोकेशन भी अन्य दोषों में बदल सकते हैं और विकास अक्ष के साथ फैल सकते हैं।SiC एपिटैक्सियलवृद्धि के दौरान, स्क्रू डिस्लोकेशन को स्टैकिंग फॉल्ट (एसएफ) या गाजर दोष में परिवर्तित कर दिया जाता है, जबकि एपिलेयर्स में एज डिस्लोकेशन को एपिटैक्सियल वृद्धि के दौरान सब्सट्रेट से विरासत में प्राप्त बेसल प्लेन डिस्लोकेशन (बीपीडी) से परिवर्तित किया जाता है।

 

बेसिक प्लेन डिस्लोकेशन (बीपीडी)

SiC बेसल प्लेन पर स्थित, बर्गर्स वेक्टर 1/3 <11–20> के साथ। BPDs SiC वेफ़र्स की सतह पर शायद ही कभी दिखाई देते हैं। वे आमतौर पर 1500 सेमी-2 के घनत्व के साथ सब्सट्रेट पर केंद्रित होते हैं, जबकि एपिलेयर में उनका घनत्व केवल 10 सेमी-2 होता है। फोटोल्यूमिनेसेंस (पीएल) का उपयोग करके बीपीडी का पता लगाना रैखिक विशेषताओं को दर्शाता है, जैसा कि चित्र 4c में दिखाया गया है।SiC एपिटैक्सियलवृद्धि के कारण, विस्तारित बीपीडी को स्टैकिंग फॉल्ट (एसएफ) या एज डिस्लोकेशन (टीईडी) में परिवर्तित किया जा सकता है।

 

स्टैकिंग दोष (एसएफ)

SiC बेसल प्लेन के स्टैकिंग अनुक्रम में दोष। स्टैकिंग दोष सब्सट्रेट में SFs को विरासत में प्राप्त करके एपिटैक्सियल परत में दिखाई दे सकते हैं, या बेसल प्लेन डिस्लोकेशन (BPDs) और थ्रेडिंग स्क्रू डिस्लोकेशन (TSDs) के विस्तार और परिवर्तन से संबंधित हो सकते हैं। आम तौर पर, SFs का घनत्व 1 cm-2 से कम होता है, और PL का उपयोग करके पता लगाने पर वे एक त्रिकोणीय विशेषता प्रदर्शित करते हैं, जैसा कि चित्र 4e में दिखाया गया है। हालाँकि, SiC में विभिन्न प्रकार के स्टैकिंग दोष बन सकते हैं, जैसे कि शॉकली प्रकार और फ्रैंक प्रकार, क्योंकि प्लेन के बीच स्टैकिंग ऊर्जा विकार की थोड़ी मात्रा भी स्टैकिंग अनुक्रम में काफी अनियमितता पैदा कर सकती है।

 

पतन

पतन दोष मुख्य रूप से वृद्धि प्रक्रिया के दौरान प्रतिक्रिया कक्ष की ऊपरी और पार्श्व दीवारों पर कण गिरने से उत्पन्न होता है, जिसे प्रतिक्रिया कक्ष ग्रेफाइट उपभोग्य सामग्रियों की आवधिक रखरखाव प्रक्रिया को अनुकूलित करके अनुकूलित किया जा सकता है।

 

त्रिकोणीय दोष

यह एक 3C-SiC पॉलीटाइप समावेशन है जो बेसल प्लेन दिशा के साथ SiC एपिलेयर की सतह तक फैला हुआ है, जैसा कि चित्र 4g में दिखाया गया है। यह एपिटैक्सियल वृद्धि के दौरान SiC एपिलेयर की सतह पर गिरने वाले कणों द्वारा उत्पन्न हो सकता है। कण एपिलेयर में अंतर्निहित होते हैं और वृद्धि प्रक्रिया में बाधा डालते हैं, जिसके परिणामस्वरूप 3C-SiC पॉलीटाइप समावेशन होते हैं, जो त्रिकोणीय क्षेत्र के कोने पर स्थित कणों के साथ तीखे-कोण वाले त्रिकोणीय सतही लक्षण दिखाते हैं। कई अध्ययनों ने पॉलीटाइप समावेशन की उत्पत्ति के लिए सतह पर खरोंच, माइक्रोपाइप और वृद्धि प्रक्रिया के अनुचित मापदंडों को भी जिम्मेदार ठहराया है।

 

गाजर का दोष

गाजर दोष एक स्टैकिंग दोष परिसर है जिसके दो सिरे TSD और SF बेसल क्रिस्टल तल पर स्थित होते हैं, जो फ्रैंक-प्रकार के विस्थापन द्वारा समाप्त होते हैं, और गाजर दोष का आकार प्रिज्मीय स्टैकिंग दोष से संबंधित होता है। इन विशेषताओं के संयोजन से गाजर दोष की सतह आकृति विज्ञान बनता है, जो 1 सेमी-2 से कम घनत्व वाले गाजर के आकार जैसा दिखता है, जैसा कि चित्र 4f में दिखाया गया है। गाजर दोष पॉलिशिंग खरोंच, TSD या सब्सट्रेट दोषों पर आसानी से बनते हैं।

 

स्क्रैच

खरोंच SiC वेफ़र्स की सतह पर यांत्रिक क्षति है जो उत्पादन प्रक्रिया के दौरान बनती है, जैसा कि चित्र 4h में दिखाया गया है। SiC सब्सट्रेट पर खरोंच एपिलेयर के विकास में बाधा डाल सकती है, एपिलेयर के भीतर उच्च घनत्व वाले अव्यवस्थाओं की एक पंक्ति का निर्माण कर सकती है, या खरोंच गाजर दोष के गठन का आधार बन सकती है। इसलिए, SiC वेफ़र्स को ठीक से पॉलिश करना महत्वपूर्ण है क्योंकि ये खरोंच डिवाइस के सक्रिय क्षेत्र में दिखाई देने पर डिवाइस के प्रदर्शन पर महत्वपूर्ण प्रभाव डाल सकते हैं।

 

अन्य सतह आकृति विज्ञान दोष

स्टेप बंचिंग SiC एपिटैक्सियल वृद्धि प्रक्रिया के दौरान बनने वाला एक सतही दोष है, जो SiC एपिलेयर की सतह पर अधिक कोणीय त्रिभुज या समलम्बाकार आकृतियाँ बनाता है। कई अन्य सतही दोष भी हैं, जैसे सतही गड्ढे, उभार और दाग। ये दोष आमतौर पर अनुपयुक्त वृद्धि प्रक्रियाओं और पॉलिशिंग क्षति के अधूरे निष्कासन के कारण होते हैं, जो डिवाइस के प्रदर्शन को प्रतिकूल रूप से प्रभावित करते हैं।