A növekedés alapvető technológiájaSiC epitaxiálisAz anyagok elsősorban a hibakezelési technológia, különösen az olyan hibakezelési technológiák esetében, amelyek hajlamosak az eszköz meghibásodására vagy a megbízhatóság romlására. Az epitaxiális növekedési folyamat során az epitaxiális rétegbe benyúló szubsztráthibák mechanizmusának vizsgálata, a hibák átviteli és átalakulási törvényei a szubsztrát és az epitaxiális réteg közötti határfelületen, valamint a hibák nukleációs mechanizmusa képezi az alapot a szubsztráthibák és az epitaxiális szerkezeti hibák közötti összefüggés tisztázásához, ami hatékonyan irányíthatja a szubsztrát szűrését és az epitaxiális folyamat optimalizálását.
A hibákszilícium-karbid epitaxiális rétegekfőként két kategóriába sorolhatók: kristályhibák és felületi morfológiai hibák. A kristályhibák, beleértve a ponthibákat, csavardiszlokációkat, mikrotubulus hibákat, éldiszlokációkat stb., többnyire a SiC hordozók hibáiból erednek, és bediffundálnak az epitaxiális rétegbe. A felületi morfológiai hibák mikroszkóp segítségével szabad szemmel közvetlenül megfigyelhetők, és tipikus morfológiai jellemzőkkel rendelkeznek. A felületi morfológiai hibák főként a következők: karcolás, háromszöghiba, sárgarépa hiba, leesés és részecske hiba, ahogy az a 4. ábrán látható. Az epitaxiális folyamat során az idegen részecskék, a hordozóhibák, a felületi sérülések és az epitaxiális folyamat eltérései mind befolyásolhatják a lokális lépcsőzetes áramlási növekedési módot, ami felületi morfológiai hibákat eredményez.
1. táblázat. A SiC epitaxiális rétegeiben gyakori mátrixhibák és felületi morfológiai hibák kialakulásának okai
Ponthibák
A ponthibák egyetlen vagy több rácspontban lévő üresedésekből vagy résekből alakulnak ki, és nincs térbeli kiterjedésük. Ponthibák minden előállítási folyamatban előfordulhatnak, különösen az ionimplantáció során. Ezeket azonban nehéz kimutatni, és a ponthibák és más hibák átalakulása közötti kapcsolat is meglehetősen összetett.
Mikrocsövek (MP)
A mikrocsövek üreges csavardiszlokációk, amelyek a növekedési tengely mentén terjednek, Burger-vektoruk <0001>. A mikrocsövek átmérője a mikron töredékétől több tíz mikronig terjed. A mikrocsövek nagy, gödörszerű felületi jellemzőket mutatnak a SiC ostyák felületén. A mikrocsövek sűrűsége jellemzően körülbelül 0,1~1 cm-2, és a kereskedelmi ostyagyártás minőségellenőrzése során folyamatosan csökken.
Csavardiszlokációk (TSD) és éldiszlokációk (TED)
A SiC-ban a diszlokációk az eszközök degradációjának és meghibásodásának fő forrásai. Mind a csavardiszlokációk (TSD), mind az éldiszlokációk (TED) a növekedési tengely mentén futnak, Burger-vektoraik rendre <0001>, illetve 1/3<11–20>.
Mind a csavardiszlokációk (TSD), mind az éldiszlokációk (TED) kiterjedhetnek az aljzatról az ostya felületére, és kis, gödörszerű felületi jellemzőket hozhatnak létre (4b. ábra). Az éldiszlokációk sűrűsége jellemzően körülbelül tízszerese a csavardiszlokációk sűrűségének. A kiterjesztett csavardiszlokációk, azaz az aljzatról az epilayerig terjedőek, más hibákká is átalakulhatnak, és a növekedési tengely mentén terjedhetnek. A folyamat soránSiC epitaxiálisnövekedés során a csavardiszlokációk egymásra rakódási hibákká (SF) vagy sárgarépa hibákká alakulnak át, míg az epirétegekben lévő éldiszlokációk az epitaxiális növekedés során az aljzatból öröklődő bazális síkdiszlokációkból (BPD) alakulnak át.
Alapvető síkbeli diszlokáció (BPD)
A SiC alapsíkján helyezkednek el, 1/3 Burgers-vektorral <11–20>. A BPD-k ritkán jelennek meg a SiC ostyák felületén. Általában a hordozón koncentrálódnak, 1500 cm⁻² sűrűséggel, míg az epirétegben a sűrűségük csak körülbelül 10 cm⁻². A BPD-k fotolumineszcenciával (PL) történő detektálása lineáris jellemzőket mutat, amint az a 4c. ábrán látható. A folyamat soránSiC epitaxiálisnövekedés esetén a kiterjesztett BPD-k halmozási hibákká (SF) vagy éldiszlokációkká (TED) alakulhatnak.
Halmozási hibák (SF-ek)
Hibák a SiC alapsíkjának halmozási sorrendjében. A halmozási hibák az epitaxiális rétegben megjelenhetnek az aljzatban lévő SF-ek öröklődése révén, vagy összefüggésben állhatnak az alapsíkbeli diszlokációk (BPD-k) és a menetes csavarok diszlokációinak (TSD-k) kiterjedésével és átalakulásával. Általában az SF-ek sűrűsége kisebb, mint 1 cm-2, és háromszög alakú jellegzetességet mutatnak, amikor PL-lel detektálják, amint az a 4e. ábrán látható. A SiC-ban azonban különféle típusú halmozási hibák alakulhatnak ki, például Shockley-típusú és Frank-típusú, mivel a síkok közötti halmozási energia rendezetlensége is jelentős szabálytalanságot okozhat a halmozási sorrendben.
Bukás
A leesési hiba főként a reakciókamra felső és oldalsó falára a növekedési folyamat során lerakódó részecskékből ered, ami optimalizálható a reakciókamra grafit fogyóeszközök időszakos karbantartási folyamatának optimalizálásával.
Háromszög alakú hiba
Ez egy 3C-SiC politípikus zárvány, amely a SiC epilayer felületéig terjed az alapsík irányában, ahogy az a 4g. ábrán látható. Létrejöhet a SiC epilayer felületére hulló részecskék által az epitaxiális növekedés során. A részecskék beágyazódnak az epilayerbe, és zavarják a növekedési folyamatot, ami 3C-SiC politípikus zárványokat eredményez, amelyek éles szögletes háromszög alakú felületi jellemzőket mutatnak, a részecskék a háromszög alakú régió csúcsaiban helyezkednek el. Számos tanulmány a politípikus zárványok eredetét a felületi karcolásoknak, mikrocsöveknek és a növekedési folyamat nem megfelelő paramétereinek is tulajdonította.
Sárgarépa hiba
A sárgarépa-hiba egy halmozási vetőkomplexum, amelynek két vége a TSD és az SF bazális kristálysíkoknál található, és egy Frank-típusú diszlokáció végződik, a sárgarépa-hiba mérete pedig összefügg a prizmás halmozási vetővel. Ezen jellemzők kombinációja alkotja a sárgarépa-hiba felületi morfológiáját, amely sárgarépa alakúra hasonlít, 1 cm-2-nél kisebb sűrűségűvel, ahogy az a 4f. ábrán látható. A sárgarépa-hibák könnyen kialakulhatnak polírozási karcolásoknál, TSD-knél vagy aljzathibáknál.
Karcolások
A karcolások a SiC ostyák felületén a gyártási folyamat során keletkező mechanikai sérülések, amint az a 4h. ábrán látható. A SiC hordozón lévő karcolások zavarhatják az epilayer növekedését, nagy sűrűségű diszlokációk sorát hozhatják létre az epilayeren belül, vagy a karcolások a sárgarépa-hibák kialakulásának alapjául szolgálhatnak. Ezért kritikus fontosságú a SiC ostyák megfelelő polírozása, mivel ezek a karcolások jelentős hatással lehetnek az eszköz teljesítményére, amikor az eszköz aktív területén jelennek meg.
Egyéb felületi morfológiai hibák
A lépcsős csomósodás a SiC epitaxiális növekedési folyamata során keletkező felületi hiba, amely tompa háromszögeket vagy trapéz alakú vonásokat hoz létre a SiC epilayer felületén. Számos más felületi hiba is létezik, például felületi gödrök, dudorok és foltok. Ezeket a hibákat általában a nem optimalizált növekedési folyamatok és a polírozási károk hiányos eltávolítása okozza, ami hátrányosan befolyásolja az eszköz teljesítményét.
Közzététel ideje: 2024. június 5.