Teknologi inti untuk pertumbuhanSiC epitaksialTeknologi pengendalian cacat, khususnya yang rentan terhadap kegagalan perangkat atau penurunan keandalan, merupakan hal utama dalam pengembangan material. Studi tentang mekanisme perluasan cacat substrat ke lapisan epitaksial selama proses pertumbuhan epitaksial, hukum transfer dan transformasi cacat pada antarmuka antara substrat dan lapisan epitaksial, serta mekanisme nukleasi cacat merupakan dasar untuk mengklarifikasi korelasi antara cacat substrat dan cacat struktural epitaksial, yang secara efektif dapat memandu pemilihan substrat dan optimasi proses epitaksial.
Cacat-cacat darilapisan epitaksial silikon karbidaCacat kristal terutama terbagi menjadi dua kategori: cacat kristal dan cacat morfologi permukaan. Cacat kristal, termasuk cacat titik, dislokasi sekrup, cacat mikrotubulus, dislokasi tepi, dll., sebagian besar berasal dari cacat pada substrat SiC dan menyebar ke lapisan epitaksial. Cacat morfologi permukaan dapat diamati langsung dengan mata telanjang menggunakan mikroskop dan memiliki karakteristik morfologi yang khas. Cacat morfologi permukaan terutama meliputi: Goresan, Cacat segitiga, Cacat wortel, Jatuh, dan Partikel, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4. Selama proses epitaksial, partikel asing, cacat substrat, kerusakan permukaan, dan penyimpangan proses epitaksial semuanya dapat memengaruhi mode pertumbuhan aliran langkah lokal, sehingga menghasilkan cacat morfologi permukaan.
Tabel 1. Penyebab terbentuknya cacat matriks umum dan cacat morfologi permukaan pada lapisan epitaksial SiC
Cacat titik
Cacat titik terbentuk oleh kekosongan atau celah pada satu titik kisi atau beberapa titik kisi, dan tidak memiliki perluasan spasial. Cacat titik dapat terjadi di setiap proses produksi, terutama dalam implantasi ion. Namun, cacat titik sulit dideteksi, dan hubungan antara transformasi cacat titik dan cacat lainnya juga cukup kompleks.
Mikropipa (MP)
Mikropipa adalah dislokasi sekrup berongga yang merambat sepanjang sumbu pertumbuhan, dengan vektor Burgers <0001>. Diameter mikropipa berkisar dari sebagian kecil mikron hingga puluhan mikron. Mikropipa menunjukkan fitur permukaan seperti lubang besar pada permukaan wafer SiC. Biasanya, kepadatan mikropipa sekitar 0,1~1 cm⁻² dan terus menurun dalam pemantauan kualitas produksi wafer komersial.
Dislokasi sekrup (TSD) dan dislokasi tepi (TED)
Dislokasi dalam SiC merupakan sumber utama degradasi dan kegagalan perangkat. Baik dislokasi sekrup (TSD) maupun dislokasi tepi (TED) berjalan sepanjang sumbu pertumbuhan, dengan vektor Burgers masing-masing <0001> dan 1/3<11–20>.
Baik dislokasi sekrup (TSD) maupun dislokasi tepi (TED) dapat meluas dari substrat ke permukaan wafer dan menimbulkan fitur permukaan kecil seperti lubang (Gambar 4b). Biasanya, kepadatan dislokasi tepi sekitar 10 kali lipat dari dislokasi sekrup. Dislokasi sekrup yang meluas, yaitu yang meluas dari substrat ke lapisan epilayer, juga dapat berubah menjadi cacat lain dan merambat sepanjang sumbu pertumbuhan. SelamaSiC epitaksialDalam pertumbuhan, dislokasi sekrup diubah menjadi kesalahan penumpukan (stacking faults/SF) atau cacat wortel (carrot defects), sementara dislokasi tepi pada lapisan tipis terbukti diubah dari dislokasi bidang dasar (basal plane dislocations/BPDs) yang diwarisi dari substrat selama pertumbuhan epitaksial.
Dislokasi bidang dasar (BPD)
Terletak pada bidang dasar SiC, dengan vektor Burgers 1/3 <11–20>. BPD jarang muncul di permukaan wafer SiC. Biasanya terkonsentrasi pada substrat dengan kepadatan 1500 cm-2, sedangkan kepadatannya di lapisan epilayer hanya sekitar 10 cm-2. Deteksi BPD menggunakan fotoluminisensi (PL) menunjukkan fitur linier, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4c. SelamaSiC epitaksialSeiring pertumbuhan, BPD yang meluas dapat diubah menjadi kesalahan penumpukan (stacking fault/SF) atau dislokasi tepi (edge dislocation/TED).
Kesalahan penumpukan (SF)
Cacat pada urutan penumpukan bidang dasar SiC. Cacat penumpukan dapat muncul di lapisan epitaksial dengan mewarisi cacat penumpukan (SF) di substrat, atau terkait dengan perluasan dan transformasi dislokasi bidang dasar (BPD) dan dislokasi ulir (TSD). Umumnya, kepadatan SF kurang dari 1 cm⁻², dan menunjukkan fitur segitiga ketika dideteksi menggunakan PL, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4e. Namun, berbagai jenis cacat penumpukan dapat terbentuk di SiC, seperti tipe Shockley dan tipe Frank, karena bahkan sedikit gangguan energi penumpukan antar bidang dapat menyebabkan ketidakteraturan yang cukup besar dalam urutan penumpukan.
Kejatuhan
Cacat kegagalan terutama berasal dari jatuhnya partikel pada dinding atas dan samping ruang reaksi selama proses pertumbuhan, yang dapat dioptimalkan dengan mengoptimalkan proses perawatan berkala bahan habis pakai grafit ruang reaksi.
Cacat berbentuk segitiga
Ini adalah inklusi polipe 3C-SiC yang meluas ke permukaan lapisan epilayer SiC sepanjang arah bidang basal, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4g. Inklusi ini mungkin dihasilkan oleh partikel yang jatuh ke permukaan lapisan epilayer SiC selama pertumbuhan epitaksial. Partikel-partikel tersebut tertanam dalam lapisan epilayer dan mengganggu proses pertumbuhan, sehingga menghasilkan inklusi polipe 3C-SiC, yang menunjukkan fitur permukaan segitiga bersudut tajam dengan partikel yang terletak di titik sudut wilayah segitiga. Banyak penelitian juga mengaitkan asal usul inklusi polipe dengan goresan permukaan, pipa mikro, dan parameter yang tidak tepat dari proses pertumbuhan.
Cacat wortel
Cacat wortel adalah kompleks kesalahan penumpukan dengan dua ujung yang terletak pada bidang kristal basal TSD dan SF, diakhiri oleh dislokasi tipe Frank, dan ukuran cacat wortel berkaitan dengan kesalahan penumpukan prismatik. Kombinasi fitur-fitur ini membentuk morfologi permukaan cacat wortel, yang tampak seperti bentuk wortel dengan kepadatan kurang dari 1 cm⁻², seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4f. Cacat wortel mudah terbentuk pada goresan pemolesan, TSD, atau cacat substrat.
Goresan
Goresan adalah kerusakan mekanis pada permukaan wafer SiC yang terbentuk selama proses produksi, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4h. Goresan pada substrat SiC dapat mengganggu pertumbuhan lapisan epilayer, menghasilkan deretan dislokasi dengan kepadatan tinggi di dalam lapisan epilayer, atau goresan dapat menjadi dasar pembentukan cacat berbentuk wortel. Oleh karena itu, sangat penting untuk memoles wafer SiC dengan benar karena goresan ini dapat berdampak signifikan pada kinerja perangkat ketika muncul di area aktif perangkat.
Cacat morfologi permukaan lainnya
Step bunching adalah cacat permukaan yang terbentuk selama proses pertumbuhan epitaksial SiC, yang menghasilkan segitiga tumpul atau fitur trapesium pada permukaan lapisan epitaksial SiC. Terdapat banyak cacat permukaan lainnya, seperti lubang, benjolan, dan noda permukaan. Cacat-cacat ini biasanya disebabkan oleh proses pertumbuhan yang tidak optimal dan penghilangan kerusakan pemolesan yang tidak sempurna, yang berdampak buruk pada kinerja perangkat.
Waktu posting: 05 Juni 2024