Teknologi inti untuk pertumbuhanSiC epitaksialmaterial pertama-tama adalah teknologi pengendalian cacat, khususnya untuk teknologi pengendalian cacat yang rentan terhadap kegagalan perangkat atau penurunan keandalan. Studi tentang mekanisme cacat substrat yang meluas ke lapisan epitaksial selama proses pertumbuhan epitaksial, hukum transfer dan transformasi cacat pada antarmuka antara substrat dan lapisan epitaksial, dan mekanisme nukleasi cacat merupakan dasar untuk mengklarifikasi korelasi antara cacat substrat dan cacat struktural epitaksial, yang secara efektif dapat memandu penyaringan substrat dan pengoptimalan proses epitaksial.
Cacat darilapisan epitaksial silikon karbidaterutama dibagi 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, Kejatuhan, 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, yang mengakibatkan 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 dalam setiap proses produksi, terutama dalam implantasi ion. Akan tetapi, cacat ini sulit dideteksi, dan hubungan antara transformasi cacat titik dan cacat lainnya juga cukup rumit.
Mikropipa (MP)
Mikropipa adalah dislokasi sekrup berongga yang menyebar sepanjang sumbu pertumbuhan, dengan vektor Burgers <0001>. Diameter mikropipa berkisar dari sepersekian mikron hingga puluhan mikron. Mikropipa menunjukkan fitur permukaan seperti lubang besar pada permukaan wafer SiC. Biasanya, kerapatan mikropipa sekitar 0,1~1cm-2 dan terus menurun dalam pemantauan kualitas produksi wafer komersial.
Dislokasi sekrup (TSD) dan dislokasi tepi (TED)
Dislokasi pada 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 menghasilkan fitur permukaan seperti lubang kecil (Gambar 4b). Biasanya, kerapatan dislokasi tepi sekitar 10 kali lipat dari dislokasi sekrup. Dislokasi sekrup yang meluas, yaitu meluas dari substrat ke lapisan epi, juga dapat berubah menjadi cacat lain dan menyebar sepanjang sumbu pertumbuhan. SelamaSiC epitaksialpertumbuhan, dislokasi sekrup diubah menjadi kesalahan susun (SF) atau cacat wortel, sementara dislokasi tepi dalam epilapis terbukti diubah dari dislokasi bidang basal (BPD) 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 pada permukaan wafer SiC. Mereka biasanya terkonsentrasi pada substrat dengan kepadatan 1500 cm-2, sedangkan kepadatannya di epilayer hanya sekitar 10 cm-2. Deteksi BPD menggunakan fotoluminesensi (PL) menunjukkan fitur linier, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4c. SelamaSiC epitaksialpertumbuhan, BPD yang diperluas dapat diubah menjadi kesalahan susun (SF) atau dislokasi tepi (TED).
Kesalahan penumpukan (SF)
Cacat pada urutan penumpukan bidang dasar SiC. Cacat penumpukan dapat muncul pada lapisan epitaksial dengan mewarisi SF pada substrat, atau terkait dengan perluasan dan transformasi dislokasi bidang dasar (BPD) dan dislokasi sekrup ulir (TSD). Umumnya, kerapatan SF kurang dari 1 cm-2, dan menunjukkan fitur segitiga saat dideteksi menggunakan PL, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4e. Namun, berbagai jenis cacat penumpukan dapat terbentuk pada SiC, seperti tipe Shockley dan tipe Frank, karena bahkan sejumlah kecil gangguan energi penumpukan antara bidang dapat menyebabkan ketidakteraturan yang cukup besar pada urutan penumpukan.
Kejatuhan
Cacat jatuhnya terutama berasal dari jatuhnya partikel pada dinding atas dan samping ruang reaksi selama proses pertumbuhan, yang dapat dioptimalkan dengan mengoptimalkan proses pemeliharaan berkala bahan habis pakai grafit ruang reaksi.
Cacat segitiga
Ini adalah inklusi politipe 3C-SiC yang meluas ke permukaan epilayer SiC sepanjang arah bidang dasar, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4g. Ini mungkin dihasilkan oleh partikel yang jatuh pada permukaan epilayer SiC selama pertumbuhan epitaksial. Partikel-partikel tersebut tertanam dalam epilayer dan mengganggu proses pertumbuhan, sehingga menghasilkan inklusi politipe 3C-SiC, yang menunjukkan fitur permukaan segitiga bersudut tajam dengan partikel yang terletak di titik sudut daerah segitiga. Banyak penelitian juga telah mengaitkan asal inklusi politipe dengan goresan permukaan, pipa mikro, dan parameter proses pertumbuhan yang tidak tepat.
Cacat wortel
Cacat wortel merupakan kompleks patahan susun dengan dua ujung yang terletak pada bidang kristal dasar TSD dan SF, diakhiri oleh dislokasi tipe Frank, dan ukuran cacat wortel terkait dengan patahan susun 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 epilayer, menghasilkan serangkaian dislokasi berdensitas tinggi di dalam epilayer, atau goresan dapat menjadi dasar pembentukan cacat wortel. Oleh karena itu, sangat penting untuk memoles wafer SiC dengan benar karena goresan ini dapat berdampak signifikan pada kinerja perangkat saat muncul di area aktif perangkat.
Cacat morfologi permukaan lainnya
Penggerusan bertahap merupakan cacat permukaan yang terbentuk selama proses pertumbuhan epitaksial SiC, yang menghasilkan segitiga tumpul atau fitur trapesium pada permukaan epilapis SiC. Ada banyak cacat permukaan lainnya, seperti lubang permukaan, tonjolan, dan noda. Cacat ini biasanya disebabkan oleh proses pertumbuhan yang tidak optimal dan penghilangan kerusakan pemolesan yang tidak tuntas, yang berdampak buruk pada kinerja perangkat.
Waktu posting: 05-Jun-2024