Wat sinn d'Mängel vun der epitaktischer Schicht vu Siliziumkarbid?

Déi zentral Technologie fir de Wuesstem vunEpitaktesch SiCMaterialien sinn als éischt d'Technologie fir d'Kontroll vu Defekter, besonnesch fir d'Technologie fir d'Kontroll vu Defekter, déi ufälleg fir Apparatausfäll oder Zouverlässegkeetsverschlechterung ass. D'Studie vum Mechanismus vu Substratdefekter, déi sech an d'epitaxial Schicht während dem epitaktischen Wuessprozess ausdehnen, d'Transfer- an d'Transformatiounsgesetzer vu Defekter op der Grenzfläche tëscht dem Substrat an der epitaktischer Schicht, an de Keimbildungsmechanismus vu Defekter sinn d'Basis fir d'Korrelatioun tëscht Substratdefekter an epitaktischen Strukturdefekter ze klären, wat effektiv d'Substratscreening an d'Optimiséierung vun epitaktischen Prozesser leede kann.

D'Mängel vunEpitaxialschichten vu Siliziumkarbidginn haaptsächlech an zwou Kategorien agedeelt: Kristalldefekter a Morphologiedefekter vun der Uewerfläch. Kristalldefekter, dorënner Punktdefekter, Schrauwenverrécklungen, Mikrotubuli-Defekter, Kantenverrécklungen, etc., stamen meeschtens vu Defekter op SiC-Substrater a diffundéieren an d'epitaxial Schicht. Morphologiedefekter vun der Uewerfläch kënnen direkt mat bloussem A mat engem Mikroskop observéiert ginn a weisen typesch morphologesch Charakteristiken. Zu den Morphologiedefekter vun der Uewerfläch gehéieren haaptsächlech: Kratzer, dräieckeg Defekter, Muertdefekter, Falldefekter a Partikelen, wéi an der Figur 4 gewisen. Wärend dem epitaktischen Prozess kënnen auslännesch Partikelen, Substratdefekter, Uewerflächeschued an Ofwäichunge vum epitaktischen Prozess all de lokale Schrëttflosswuesstumsmodus beaflossen, wat zu Morphologiedefekter vun der Uewerfläch féiert.

Tabelle 1. Ursaachen fir d'Bildung vu gemeinsame Matrixdefekter a Morphologiedefekter an Uewerflächen an epitaktischen SiC-Schichten

 

Punktdefekter

Punktdefekter entstinn duerch Lächer oder Lächer op engem eenzege Gitterpunkt oder op verschiddene Gitterpunkten, an hunn keng raimlech Ausdehnung. Punktdefekter kënnen an all Produktiounsprozess optrieden, besonnesch bei der Ionenimplantatioun. Si sinn awer schwéier z'entdecken, an d'Bezéiung tëscht der Transformatioun vu Punktdefekter an anere Defekter ass och zimlech komplex.

 

Mikropäifen (MP)

Mikroréier si verrécklunge mat huel Schrauwen, déi sech laanscht d'Wuesstumsachs ausbreeden, mat engem Burgers-Vektor <0001>. Den Duerchmiesser vu Mikroréier läit vun engem Brochdeel vun engem Mikrometer bis zu Zénger vu Mikrometer. Mikroréier weisen grouss, gruefähnlech Uewerflächenmerkmale op der Uewerfläch vu SiC-Waferen. Typesch ass d'Dicht vu Mikroréier ongeféier 0,1~1 cm-2 a geet weider bei der Iwwerwaachung vun der Qualitéit vun der kommerzieller Waferproduktioun erof.

 

Schraufverrécklungen (TSD) a Kantenverrécklungen (TED)

Verrenkungen am SiC sinn déi Haaptursaach vun der Degradatioun an dem Ausfall vun Apparater. Souwuel Schraufverrenkungen (TSD) wéi och Kantenverrenkungen (TED) verlafen laanscht d'Wuesstumsachs, mat Burger-Vektoren vun <0001> respektiv 1/3<11–20>.

Souwuel Schraufverrécklungen (TSD) wéi och Kantverrécklungen (TED) kënne sech vum Substrat bis op d'Waferuewerfläch erstrecken a kleng, gruefähnlech Uewerflächemerkmale mat sech bréngen (Figur 4b). Typesch ass d'Dicht vun de Kantverrécklungen ongeféier 10 Mol sou grouss wéi déi vun de Schraufverrécklungen. Verlängert Schraufverrécklungen, dat heescht, déi sech vum Substrat bis op d'Epilayer erstrecken, kënnen sech och an aner Defekter transforméieren a sech laanscht d'Wuesstumsachs ausbreeden. Wärend...Epitaktesch SiCWuesstem, Schrauwendislokatiounen ginn a Stapelfehler (SF) oder Muertdefekter ëmgewandelt, während Kantdislokatiounen an Epilayer aus Basalplandislokatiounen (BPDs) ëmgewandelt ginn, déi während dem epitaktischen Wuesstem vum Substrat geierft ginn.

 

Basis Plangverrécklung (BPD)

Läit op der SiC-Basalebene, mat engem Burgers-Vektor vun 1/3 <11–20>. BPDs erschéngen selten op der Uewerfläch vu SiC-Waferen. Si sinn normalerweis um Substrat mat enger Dicht vun 1500 cm-2 konzentréiert, während hir Dicht an der Epilayer nëmmen ongeféier 10 cm-2 ass. D'Detektioun vu BPDs mat Photolumineszenz (PL) weist linear Charakteristiken, wéi an der Figur 4c gewisen. WärendEpitaktesch SiCWuesstem, verlängert BPDs kënnen a Stapelfehler (SF) oder Kantendislokatiounen (TED) ëmgewandelt ginn.

 

Stapelfehler (SFs)

Mängel an der Stapelungssequenz vun der SiC-Basalebene. Stapelfehler kënnen an der epitaktischer Schicht optrieden, andeems se SFs am Substrat ierwen, oder mat der Ausdehnung an der Transformatioun vu Basalebensverrécklungen (BPDs) a Gewënnschraufverrécklungen (TSDs) zesummenhänken. Am Allgemengen ass d'Dicht vun den SFs manner wéi 1 cm-2, a si weisen en dräieckegt Charakter op, wann se mat PL detektéiert ginn, wéi an der Figur 4e gewisen. Wéi och ëmmer, kënnen ënnerschiddlech Aarte vu Stapelfehler a SiC geformt ginn, wéi zum Beispill de Shockley-Typ an de Frank-Typ, well souguer eng kleng Quantitéit u Stapelenergie-Onuerdnung tëscht de Plangen zu enger erheblecher Onreegelméissegkeet an der Stapelungssequenz féiere kann.

 

Ënnergang

Den Downfall-Defekt entsteet haaptsächlech vum Partikelfall op den ieweschten an de Säitewänn vun der Reaktiounskammer während dem Wuesstumsprozess, wat optimiséiert ka ginn andeems de periodeschen Ënnerhaltsprozess vun de Grafitverbrauchsmaterialien an der Reaktiounskammer optimiséiert gëtt.

 

Dräieckeg Defekt

Et ass eng 3C-SiC Polytyp-Inklusioun, déi sech bis op d'Uewerfläch vun der SiC-Epilayer laanscht d'Basalflächrichtung erstreckt, wéi an der Figur 4g gewisen. Si kann duerch déi falend Partikelen op d'Uewerfläch vun der SiC-Epilayer während dem epitaktischen Wuesstum generéiert ginn. D'Partikelen sinn an der Epilayer agebett a stéieren de Wuesstumsprozess, wat zu 3C-SiC Polytyp-Inklusiounen féiert, déi schaarfwénkeleg dräieckeg Uewerflächemerkmale weisen, wou d'Partikelen an de Spëtze vun der dräieckeger Regioun leien. Vill Studien hunn den Urspronk vu Polytyp-Inklusiounen och op Uewerflächenkratzer, Mikropipen a falsch Parameteren vum Wuesstumsprozess zréckgefouert.

 

Muertdefekt

E Muertdefekt ass e Stapelfehlerkomplex mat zwou Enden, déi sech op de Basalkristallflächen TSD an SF befannen, a vun enger Frank-Typ Dislokatioun ofgeschloss ginn, an d'Gréisst vum Muertdefekt hänkt mam prismatesche Stapelfehler zesummen. D'Kombinatioun vun dësen Eegeschafte bilt d'Uewerflächenmorphologie vum Muertdefekt, deen ausgesäit wéi eng Muertform mat enger Dicht vu manner wéi 1 cm-2, wéi an der Figur 4f gewisen. Muertdefekter entstinn einfach bei Polierkratzer, TSDs oder Substratdefekter.

 

Kratzer

Kratzer sinn mechanesch Schied un der Uewerfläch vu SiC-Wafers, déi während dem Produktiounsprozess entstinn, wéi an der Figur 4h gewisen. Kratzer um SiC-Substrat kënnen de Wuesstum vun der Epilayer stéieren, eng Rei vun héichdichtege Verrécklungen an der Epilayer produzéieren, oder Kratzer kënnen d'Basis fir d'Bildung vu Muertdefekter ginn. Dofir ass et wichteg, SiC-Wafers richteg ze poléieren, well dës Kratzer e wesentlechen Impakt op d'Leeschtung vum Apparat kënnen hunn, wa se am aktiven Beräich vum Apparat optrieden.

 

Aner Uewerflächenmorphologiedefekter

Stufenförmlech Bündlung ass en Uewerflächendefekt, deen während dem epitaktischen Wuessprozess vu SiC entsteet a stumpf Dräiecker oder trapezfërmeg Formen op der Uewerfläch vun der SiC-Epilayer produzéiert. Et gëtt vill aner Uewerflächendefekter, wéi z. B. Lächer, Beulen a Flecken. Dës Defekter ginn normalerweis duerch net optiméiert Wuessprozesser an onvollstänneg Entfernung vu Polierschued verursaacht, wat d'Leeschtung vum Apparat negativ beaflosst.