Galvenā tehnoloģija izaugsmeiSiC epitaksiālaisMateriālu izstrāde, pirmkārt, ir defektu kontroles tehnoloģija, īpaši defektu kontroles tehnoloģija, kas ir pakļauta ierīču atteicēm vai uzticamības degradācijai. Substrāta defektu mehānisma izpēte, kas izplatās epitaksiālajā slānī epitaksiālā augšanas procesa laikā, defektu pārneses un transformācijas likumi saskarnē starp substrātu un epitaksiālo slāni, kā arī defektu kodolu veidošanās mehānisms ir pamats, lai noskaidrotu korelāciju starp substrāta defektiem un epitaksiāliem strukturāliem defektiem, kas var efektīvi vadīt substrāta skrīningu un epitaksiālā procesa optimizāciju.
Defektisilīcija karbīda epitaksiālie slāņigalvenokārt tiek iedalīti divās kategorijās: kristāla defekti un virsmas morfoloģijas defekti. Kristāla defekti, tostarp punktveida defekti, skrūvju dislokācijas, mikrotubulu defekti, malu dislokācijas utt., galvenokārt rodas no SiC substrātu defektiem un difundē epitaksiālajā slānī. Virsmas morfoloģijas defektus var tieši novērot ar neapbruņotu aci, izmantojot mikroskopu, un tiem ir tipiskas morfoloģiskas īpašības. Virsmas morfoloģijas defekti galvenokārt ietver: skrāpējumus, trīsstūrveida defektus, burkānu defektus, kritienus un daļiņas, kā parādīts 4. attēlā. Epitaksiālā procesa laikā svešķermeņi, substrāta defekti, virsmas bojājumi un epitaksiālā procesa novirzes var ietekmēt lokālo pakāpienveida plūsmas augšanas režīmu, kā rezultātā rodas virsmas morfoloģijas defekti.
1. tabula. Biežāk sastopamo matricas defektu un virsmas morfoloģijas defektu veidošanās cēloņi SiC epitaksiālajos slāņos
Punktveida defekti
Punktveida defekti veidojas no vakancēm vai spraugām vienā vai vairākos režģa punktos, un tiem nav telpiska paplašinājuma. Punktveida defekti var rasties katrā ražošanas procesā, īpaši jonu implantācijā. Tomēr tos ir grūti atklāt, un arī saistība starp punktveida defektu transformāciju un citiem defektiem ir diezgan sarežģīta.
Mikrocaurules (MP)
Mikrocaurules ir dobas skrūvju dislokācijas, kas izplatās pa augšanas asi ar Burgera vektoru <0001>. Mikrocaurulīšu diametrs svārstās no mikrona daļas līdz desmitiem mikronu. Mikrocaurulītēm SiC plākšņu virsmā ir lieli, bedrītēm līdzīgi virsmas elementi. Parasti mikrocaurulīšu blīvums ir aptuveni 0,1–1 cm-2 un turpina samazināties komerciālo plākšņu ražošanas kvalitātes uzraudzībā.
Skrūvju dislokācijas (TSD) un malu dislokācijas (TED)
SiC dislokācijas ir galvenais ierīču degradācijas un bojājumu avots. Gan skrūvju dislokācijas (TSD), gan malu dislokācijas (TED) iet pa augšanas asi, ar Burgera vektoriem attiecīgi <0001> un 1/3<11–20>.
Gan skrūvju dislokācijas (TSD), gan malu dislokācijas (TED) var izplatīties no substrāta līdz plāksnītes virsmai un radīt nelielas bedres formas virsmas iezīmes (4.b attēls). Parasti malu dislokāciju blīvums ir aptuveni 10 reizes lielāks nekā skrūvju dislokāciju blīvums. Paplašinātas skrūvju dislokācijas, tas ir, tās, kas stiepjas no substrāta līdz epislānim, var arī pārveidoties par citiem defektiem un izplatīties pa augšanas asi. LaikāSiC epitaksiālaisaugšanas laikā skrūvju dislokācijas tiek pārveidotas par kraušanas defektiem (SF) vai burkānu defektiem, savukārt epislāņos esošās malu dislokācijas ir pārveidotas no bazālās plaknes dislokācijām (BPD), kas epitaksiālās augšanas laikā tiek pārmantotas no substrāta.
Pamata plaknes dislokācija (BPD)
Atrodas SiC bazālajā plaknē ar Burgera vektoru 1/3 <11–20>. BPD reti parādās uz SiC plākšņu virsmas. Tie parasti ir koncentrēti uz substrāta ar blīvumu 1500 cm⁻², savukārt to blīvums epilānī ir tikai aptuveni 10 cm⁻². BPD noteikšana, izmantojot fotoluminiscenci (PL), uzrāda lineāras pazīmes, kā parādīts 4.c attēlā. LaikāSiC epitaksiālaisaugšanas gadījumā pagarinātus BPD var pārveidot par kraušanas lūzumiem (SF) vai malu dislokācijām (TED).
Kraušanas defekti (SF)
SiC pamatplaknes sakraušanas secības defekti. Kraušanas defekti var parādīties epitaksiālajā slānī, pārmantojot pamatnes SF, vai arī tie var būt saistīti ar pamatplaknes dislokāciju (BPD) un vītņskrūves dislokāciju (TSD) paplašināšanos un transformāciju. Parasti SF blīvums ir mazāks par 1 cm-2, un, izmantojot PL, tiem ir trīsstūrveida iezīme, kā parādīts 4.e attēlā. Tomēr SiC var veidoties dažādi sakraušanas defektu veidi, piemēram, Šoklija tipa un Frenka tipa, jo pat neliels sakraušanas enerģijas traucējums starp plaknēm var izraisīt ievērojamu nevienmērību sakraušanas secībā.
Kritums
Krituma defekts galvenokārt rodas no daļiņu krišanas uz reakcijas kameras augšējās un sānu sienas augšanas procesa laikā, ko var optimizēt, optimizējot reakcijas kameras grafīta palīgmateriālu periodisko apkopes procesu.
Trīsstūrveida defekts
Tas ir 3C-SiC politipa ieslēgums, kas stiepjas līdz SiC epislāņa virsmai bazālās plaknes virzienā, kā parādīts 4.g attēlā. To var radīt daļiņu krītot uz SiC epislāņa virsmas epitaksiālās augšanas laikā. Daļiņas iestrādājas epislānī un traucē augšanas procesu, kā rezultātā veidojas 3C-SiC politipa ieslēgumi, kuriem ir asas leņķiskās trīsstūrveida virsmas iezīmes, daļiņām atrodoties trīsstūra apgabala virsotnēs. Daudzos pētījumos politipa ieslēgumu izcelsme ir saistīta arī ar virsmas skrāpējumiem, mikrocaurulītēm un nepareiziem augšanas procesa parametriem.
Burkānu defekts
Burkānu defekts ir sakraušanās lūzuma komplekss ar diviem galiem, kas atrodas TSD un SF bazālajās kristāla plaknēs, un ko izbeidz Franka tipa dislokācija, un burkānu defekta lielums ir saistīts ar prizmatisko sakraušanās lūzumu. Šo pazīmju kombinācija veido burkānu defekta virsmas morfoloģiju, kas izskatās kā burkāns ar blīvumu mazāku par 1 cm-2, kā parādīts 4.f attēlā. Burkānu defekti viegli veidojas pulēšanas skrāpējumos, TSD vai substrāta defektos.
Skrāpējumi
Skrāpējumi ir mehāniski bojājumi SiC plākšņu virsmā, kas veidojas ražošanas procesā, kā parādīts 4.h attēlā. Skrāpējumi uz SiC substrāta var traucēt epislāņa augšanu, radīt augsta blīvuma dislokāciju rindu epislānī vai arī skrāpējumi var kļūt par pamatu "burkānu" defektu veidošanās procesam. Tāpēc ir ļoti svarīgi pareizi pulēt SiC plāksnītes, jo šīs skrambas var būtiski ietekmēt ierīces veiktspēju, kad tās parādās ierīces aktīvajā zonā.
Citi virsmas morfoloģijas defekti
Pakāpeniskais savilkums ir virsmas defekts, kas veidojas SiC epitaksiālā augšanas procesā un uz SiC epislāņa virsmas veido neasus trīsstūrus vai trapecveida elementus. Pastāv arī daudzi citi virsmas defekti, piemēram, virsmas bedres, izciļņi un traipi. Šos defektus parasti izraisa neoptimizēti augšanas procesi un nepilnīga pulēšanas bojājumu noņemšana, kas negatīvi ietekmē ierīces veiktspēju.
Publicēšanas laiks: 2024. gada 5. jūnijs