La tecnologia di base per la crescita diEpitassiale SiCI materiali sono in primo luogo la tecnologia di controllo dei difetti, in particolare per quelle tecnologie soggette a guasti o degradazione dell'affidabilità dei dispositivi. Lo studio del meccanismo di estensione dei difetti del substrato nello strato epitassiale durante il processo di crescita epitassiale, delle leggi di trasferimento e trasformazione dei difetti all'interfaccia tra substrato e strato epitassiale e del meccanismo di nucleazione dei difetti costituiscono la base per chiarire la correlazione tra difetti del substrato e difetti strutturali epitassiali, che può guidare efficacemente lo screening del substrato e l'ottimizzazione del processo epitassiale.
I difetti distrati epitassiali di carburo di silicioSi dividono principalmente in due categorie: difetti cristallini e difetti morfologici superficiali. I difetti cristallini, inclusi difetti puntiformi, dislocazioni a vite, difetti dei microtubuli, dislocazioni di bordo, ecc., originano principalmente da difetti su substrati di SiC e si diffondono nello strato epitassiale. I difetti morfologici superficiali possono essere osservati direttamente a occhio nudo utilizzando un microscopio e presentano caratteristiche morfologiche tipiche. I difetti morfologici superficiali includono principalmente: graffi, difetti triangolari, difetti a carota, cadute e particelle, come mostrato in Figura 4. Durante il processo epitassiale, particelle estranee, difetti del substrato, danni superficiali e deviazioni del processo epitassiale possono influenzare la modalità di crescita del flusso a gradini locale, causando difetti morfologici superficiali.
Tabella 1. Cause della formazione di difetti comuni della matrice e difetti della morfologia superficiale negli strati epitassiali di SiC
Difetti puntuali
I difetti puntiformi sono formati da lacune o lacune in un singolo punto del reticolo o in più punti del reticolo e non hanno estensione spaziale. I difetti puntiformi possono verificarsi in qualsiasi processo produttivo, in particolare nell'impianto ionico. Tuttavia, sono difficili da rilevare e anche la relazione tra la trasformazione dei difetti puntiformi e di altri difetti è piuttosto complessa.
Microtubi (MP)
I microtubi sono dislocazioni a vite cava che si propagano lungo l'asse di crescita, con un vettore di Burgers <0001>. Il diametro dei microtubi varia da una frazione di micron a decine di micron. I microtubi presentano ampie caratteristiche superficiali simili a fossette sulla superficie dei wafer di SiC. Tipicamente, la densità dei microtubi è di circa 0,1~1 cm-2 e continua a diminuire durante il monitoraggio della qualità della produzione commerciale di wafer.
Dislocazioni a vite (TSD) e dislocazioni di bordo (TED)
Le dislocazioni nel SiC sono la principale fonte di degradazione e guasto dei dispositivi. Sia le dislocazioni a vite (TSD) che quelle di bordo (TED) corrono lungo l'asse di crescita, con vettori di Burger rispettivamente pari a <0001> e 1/3<11–20>.
Sia le dislocazioni a vite (TSD) che le dislocazioni di bordo (TED) possono estendersi dal substrato alla superficie del wafer e causare piccole caratteristiche superficiali simili a fossette (Figura 4b). Tipicamente, la densità delle dislocazioni di bordo è circa 10 volte superiore a quella delle dislocazioni a vite. Le dislocazioni a vite estese, ovvero che si estendono dal substrato all'epilayer, possono anche trasformarsi in altri difetti e propagarsi lungo l'asse di crescita. DuranteEpitassiale SiCDurante la crescita, le dislocazioni a vite vengono convertite in difetti di impilamento (SF) o difetti a carota, mentre le dislocazioni di bordo negli epilayer risultano essere convertite da dislocazioni del piano basale (BPD) ereditate dal substrato durante la crescita epitassica.
Dislocazione piana di base (BPD)
Situati sul piano basale del SiC, con un vettore di Burgers di 1/3 <11–20>, i BPD appaiono raramente sulla superficie dei wafer di SiC. Sono solitamente concentrati sul substrato con una densità di 1500 cm-2, mentre la loro densità nell'epilayer è di soli 10 cm-2 circa. Il rilevamento dei BPD mediante fotoluminescenza (PL) mostra caratteristiche lineari, come mostrato in Figura 4c. DuranteEpitassiale SiCDurante la crescita, i BPD estesi possono essere convertiti in difetti di impilamento (SF) o dislocazioni di bordo (TED).
Difetti di impilamento (SF)
Difetti nella sequenza di impilamento del piano basale del SiC. I difetti di impilamento possono comparire nello strato epitassiale ereditando SF nel substrato, oppure essere correlati all'estensione e alla trasformazione delle dislocazioni del piano basale (BPD) e delle dislocazioni a vite filettata (TSD). Generalmente, la densità delle SF è inferiore a 1 cm-2 e presentano una caratteristica triangolare quando rilevate mediante PL, come mostrato in Figura 4e. Tuttavia, nel SiC si possono formare vari tipi di difetti di impilamento, come quelli di tipo Shockley e di tipo Frank, poiché anche una piccola quantità di disordine energetico di impilamento tra i piani può portare a una notevole irregolarità nella sequenza di impilamento.
Caduta
Il difetto di caduta è causato principalmente dalla caduta di particelle sulle pareti superiori e laterali della camera di reazione durante il processo di crescita, che può essere ottimizzato ottimizzando il processo di manutenzione periodica dei materiali di consumo in grafite della camera di reazione.
Difetto triangolare
Si tratta di un'inclusione politipica di 3C-SiC che si estende fino alla superficie dell'epistrato di SiC lungo la direzione del piano basale, come mostrato in Figura 4g. Potrebbe essere generata dalla caduta di particelle sulla superficie dell'epistrato di SiC durante la crescita epitassiale. Le particelle si incastrano nell'epistrato e interferiscono con il processo di crescita, dando origine a inclusioni politipiche di 3C-SiC, che presentano caratteristiche superficiali triangolari ad angolo acuto, con le particelle situate ai vertici della regione triangolare. Molti studi hanno inoltre attribuito l'origine delle inclusioni politipiche a graffi superficiali, microtubature e parametri impropri del processo di crescita.
Difetto della carota
Un difetto a carota è un complesso di difetti di impilamento con due estremità situate nei piani cristallini basali TSD e SF, terminato da una dislocazione di tipo Frank; le dimensioni del difetto a carota sono correlate al difetto di impilamento prismatico. La combinazione di queste caratteristiche forma la morfologia superficiale del difetto a carota, che assomiglia a una carota con una densità inferiore a 1 cm-2, come mostrato in Figura 4f. I difetti a carota si formano facilmente in corrispondenza di graffi di lucidatura, TSD o difetti del substrato.
Graffi
I graffi sono danni meccanici sulla superficie dei wafer di SiC che si formano durante il processo di produzione, come mostrato in Figura 4h. I graffi sul substrato di SiC possono interferire con la crescita dell'epilayer, produrre una fila di dislocazioni ad alta densità all'interno dell'epilayer o diventare la base per la formazione di difetti a carota. Pertanto, è fondamentale lucidare adeguatamente i wafer di SiC perché questi graffi possono avere un impatto significativo sulle prestazioni del dispositivo quando compaiono nell'area attiva.
Altri difetti della morfologia superficiale
Il "step bunching" è un difetto superficiale che si forma durante il processo di crescita epitassiale del SiC, producendo triangoli ottusi o strutture trapezoidali sulla superficie dell'epilayer di SiC. Esistono molti altri difetti superficiali, come cavità, rigonfiamenti e macchie superficiali. Questi difetti sono solitamente causati da processi di crescita non ottimizzati e dalla rimozione incompleta dei danni di lucidatura, che influiscono negativamente sulle prestazioni del dispositivo.
Data di pubblicazione: 05-06-2024