Որո՞նք են սիլիցիումի կարբիդի էպիտաքսիալ շերտի թերությունները։

Հիմնական տեխնոլոգիան աճի համարSiC էպիտաքսիալՆյութերի օգտագործումը, առաջին հերթին, արատների վերահսկման տեխնոլոգիա է, հատկապես այն արատների վերահսկման տեխնոլոգիայի համար, որը հակված է սարքի խափանմանը կամ հուսալիության վատթարացմանը: Էպիտաքսիալ աճի գործընթացում ենթաշերտի արատների էպիտաքսիալ շերտ տարածվելու մեխանիզմի, ենթաշերտի և էպիտաքսիալ շերտի միջև միջերեսում արատների փոխանցման և փոխակերպման օրենքների, ինչպես նաև արատների միջուկագոյացման մեխանիզմի ուսումնասիրությունը հիմք են հանդիսանում ենթաշերտի արատների և էպիտաքսիալ կառուցվածքային արատների միջև փոխհարաբերությունը պարզաբանելու համար, որը կարող է արդյունավետորեն ուղղորդել ենթաշերտի զննումը և էպիտաքսիալ գործընթացի օպտիմալացումը:

Թերություններըսիլիցիումի կարբիդային էպիտաքսիալ շերտերՀիմնականում բաժանվում են երկու կատեգորիայի՝ բյուրեղային արատներ և մակերևութային ձևաբանության արատներ: Բյուրեղային արատները, ներառյալ կետային արատները, պտուտակային տեղաշարժերը, միկրոխողովակային արատները, եզրային տեղաշարժերը և այլն, հիմնականում առաջանում են SiC հիմքերի վրա եղած արատներից և տարածվում են էպիտաքսիալ շերտի մեջ: Մակերևութային ձևաբանության արատները կարող են անմիջապես դիտարկվել անզեն աչքով՝ մանրադիտակի միջոցով և ունեն բնորոշ ձևաբանական բնութագրեր: Մակերևութային ձևաբանության արատները հիմնականում ներառում են՝ քերծվածք, եռանկյունաձև արատ, գազարի արատ, անկում և մասնիկ, ինչպես ցույց է տրված նկար 4-ում: Էպիտաքսիալ գործընթացի ընթացքում օտար մասնիկները, հիմքի արատները, մակերևութային վնասը և էպիտաքսիալ գործընթացի շեղումները կարող են ազդել տեղական աստիճանական հոսքի աճի ռեժիմի վրա, ինչը հանգեցնում է մակերևութային ձևաբանության արատների:

Աղյուսակ 1. SiC էպիտաքսիալ շերտերում մատրիցային ընդհանուր արատների և մակերևութային ձևաբանության արատների առաջացման պատճառները

 

Կետային թերություններ

Կետային արատները առաջանում են մեկ կամ մի քանի կետերի թափուր տեղերից կամ ճեղքերից, և դրանք տարածական ընդլայնում չունեն։ Կետային արատները կարող են առաջանալ յուրաքանչյուր արտադրական գործընթացում, հատկապես իոնային իմպլանտացիայի դեպքում։ Սակայն դրանք դժվար է հայտնաբերել, և կետային արատների և այլ արատների փոխակերպման միջև կապը նույնպես բավականին բարդ է։

 

Միկրոխողովակներ (MP)

Միկրոխողովակները խոռոչ պտուտակային տեղաշարժեր են, որոնք տարածվում են աճի առանցքի երկայնքով՝ Բուրգերսի վեկտորով <0001>: Միկրոխողովակների տրամագիծը տատանվում է միկրոնի մի մասից մինչև տասնյակ միկրոններ: Միկրոխողովակները SiC վաֆլիների մակերեսին ցուցաբերում են մեծ փոսանման մակերեսային գծեր: Սովորաբար, միկրոխողովակների խտությունը մոտ 0.1~1 սմ-2 է և շարունակում է նվազել վաֆլիների առևտրային արտադրության որակի մոնիթորինգի ժամանակ:

 

Պտուտակային տեղաշարժեր (TSD) և եզրային տեղաշարժեր (TED)

SiC-ում տեղաշարժերը սարքի քայքայման և խափանման հիմնական աղբյուրն են: Ե՛վ պտուտակային տեղաշարժերը (TSD), և՛ եզրային տեղաշարժերը (TED) ընթանում են աճի առանցքի երկայնքով՝ համապատասխանաբար <0001> և 1/3<11–20> Բուրգերսի վեկտորներով:

Ե՛վ պտուտակային տեղաշարժերը (ՊՏՀ), և՛ եզրային տեղաշարժերը (ԵԵԴ) կարող են տարածվել հիմքից մինչև վաֆլիի մակերես և առաջացնել փոքր փոսանման մակերեսային առանձնահատկություններ (Նկար 4բ): Սովորաբար, եզրային տեղաշարժերի խտությունը մոտ 10 անգամ ավելի է, քան պտուտակային տեղաշարժերինը: Երկարացված պտուտակային տեղաշարժերը, այսինքն՝ հիմքից մինչև էպիշերտը, կարող են նաև վերափոխվել այլ արատների և տարածվել աճի առանցքի երկայնքով:SiC էպիտաքսիալԱճի ընթացքում պտուտակային տեղաշարժերը վերածվում են կուտակման խզումների (ԴԽ) կամ գազարի արատների, մինչդեռ էպիշերտերի եզրային տեղաշարժերը, ինչպես ցույց է տրված, վերածվում են էպիտաքսիալ աճի ընթացքում հիմքից ժառանգված բազալ հարթության տեղաշարժերից (ԲՀԴ)։

 

Հիմնական հարթության դիսլոկացիա (ՀՀԴ)

Տեղակայված են SiC բազալ հարթության վրա, Բուրգերսի վեկտորի 1/3 <11–20>-ով։ BPD-ները հազվադեպ են հայտնվում SiC վաֆլիների մակերեսին։ Դրանք սովորաբար կենտրոնացած են հիմքի վրա՝ 1500 սմ-2 խտությամբ, մինչդեռ դրանց խտությունը էպիշերտում կազմում է ընդամենը մոտ 10 սմ-2։ BPD-ների հայտնաբերումը ֆոտոլյումինեսցենցիայի (PL) միջոցով ցույց է տալիս գծային առանձնահատկություններ, ինչպես ցույց է տրված նկար 4c-ում։SiC էպիտաքսիալաճի հետ մեկտեղ, ընդլայնված BPD-ները կարող են վերածվել կուտակման խախտման (SF) կամ եզրային տեղաշարժերի (TED):

 

Կույտային խափանումներ (ԿԽ)

SiC բազալ հարթության դարսման հաջորդականության թերություններ։ Դարսման խզվածքները կարող են հայտնվել էպիտաքսիալ շերտում՝ հիմքում ՍՖ-ներ ժառանգելով, կամ կապված լինել բազալ հարթության դիսլոկացիաների (ԲԴ) և թելային պտուտակային դիսլոկացիաների (ԹՊԴ) երկարացման և ձևափոխության հետ։ Ընդհանուր առմամբ, ՍՖ-ների խտությունը 1 սմ-2-ից պակաս է, և դրանք PL-ի միջոցով հայտնաբերման դեպքում ցուցաբերում են եռանկյունաձև հատկանիշ, ինչպես ցույց է տրված նկար 4e-ում։ Այնուամենայնիվ, SiC-ում կարող են առաջանալ դարսման խզվածքների տարբեր տեսակներ, ինչպիսիք են Շոկլիի տեսակը և Ֆրենկի տեսակը, քանի որ նույնիսկ հարթությունների միջև դարսման էներգիայի անկանոնության փոքր քանակը կարող է հանգեցնել դարսման հաջորդականության զգալի անկանոնության։

 

Անկում

Անկումային արատը հիմնականում առաջանում է աճի գործընթացի ընթացքում ռեակցիայի խցիկի վերին և կողմնային պատերի վրա մասնիկների անկումից, որը կարող է օպտիմալացվել ռեակցիայի խցիկի գրաֆիտային սպառվող նյութերի պարբերական սպասարկման գործընթացը օպտիմալացնելու միջոցով։

 

Եռանկյունային թերություն

Այն 3C-SiC պոլիտիպային ներառում է, որը տարածվում է SiC էպիշերտի մակերեսին բազալ հարթության ուղղությամբ, ինչպես ցույց է տրված նկար 4g-ում: Այն կարող է առաջանալ SiC էպիշերտի մակերեսին ընկնող մասնիկների կողմից էպիտաքսիալ աճի ընթացքում: Մասնիկները ներդրված են էպիշերտի մեջ և խանգարում են աճի գործընթացին, ինչը հանգեցնում է 3C-SiC պոլիտիպային ներառումների առաջացմանը, որոնք ցուցաբերում են սուր անկյունային եռանկյունաձև մակերեսային առանձնահատկություններ՝ մասնիկներով, որոնք տեղակայված են եռանկյունաձև շրջանի գագաթներում: Շատ ուսումնասիրություններ պոլիտիպային ներառումների ծագումը վերագրել են նաև մակերեսային քերծվածքներին, միկրոխողովակներին և աճի գործընթացի անպատշաճ պարամետրերին:

 

Գազարի թերություն

Գազարի արատը կուտակող խզվածքային համալիր է՝ երկու ծայրերով, որոնք տեղակայված են TSD և SF բազալ բյուրեղային հարթություններում, ավարտվում են Ֆրանկի տիպի դիսլոկացիայով, և գազարի արատի չափը կապված է պրիզմայական կուտակող խզվածքի հետ։ Այս առանձնահատկությունների համադրությունը ձևավորում է գազարի արատի մակերևույթի ձևաբանությունը, որը նման է գազարի ձևի՝ 1 սմ-2-ից պակաս խտությամբ, ինչպես ցույց է տրված նկար 4f-ում։ Գազարի արատները հեշտությամբ առաջանում են հղկման քերծվածքների, TSD-ների կամ հիմքի արատների ժամանակ։

 

Քերծվածքներ

Քերծվածքները SiC թիթեղների մակերեսին մեխանիկական վնասվածքներ են, որոնք առաջանում են արտադրության ընթացքում, ինչպես ցույց է տրված նկար 4h-ում: SiC հիմքի վրա քերծվածքները կարող են խանգարել էպիշերտի աճին, առաջացնել բարձր խտության տեղաշարժերի շարք էպիշերտի ներսում, կամ քերծվածքները կարող են հիմք հանդիսանալ գազարի արատների առաջացման համար: Հետևաբար, կարևոր է SiC թիթեղները պատշաճ կերպով հղկել, քանի որ այդ քերծվածքները կարող են էական ազդեցություն ունենալ սարքի աշխատանքի վրա, երբ դրանք հայտնվում են սարքի ակտիվ տարածքում:

 

Մակերեսային ձևաբանության այլ թերություններ

Աստիճանային կույտավորումը SiC էպիտաքսիալ աճի գործընթացի ընթացքում առաջացող մակերեսային արատ է, որը SiC էպիթաքսիալ աճի մակերեսին առաջացնում է բութ եռանկյունիներ կամ սեղանաձև գծեր: Կան բազմաթիվ այլ մակերեսային արատներ, ինչպիսիք են մակերեսային փոսիկները, ուռուցիկները և բծերը: Այս արատները սովորաբար առաջանում են աճի ոչ օպտիմալացված գործընթացներից և հղկման վնասի թերի հեռացումից, ինչը բացասաբար է անդրադառնում սարքի աշխատանքի վրա: