Кои се дефектите на епитаксијалниот слој од силициум карбид?

Основната технологија за раст наSiC епитаксијаленматеријали е првенствено технологија за контрола на дефекти, особено за технологија за контрола на дефекти што е склона кон откажување на уредот или деградација на сигурноста. Проучувањето на механизмот на дефектите на подлогата што се протегаат во епитаксијалниот слој за време на процесот на епитаксијален раст, законите за пренос и трансформација на дефектите на интерфејсот помеѓу подлогата и епитаксијалниот слој и механизмот на нуклеација на дефектите се основа за разјаснување на корелацијата помеѓу дефектите на подлогата и епитаксијалните структурни дефекти, што може ефикасно да го води скринингот на подлогата и оптимизацијата на епитаксијалниот процес.

Дефектите наепитаксијални слоеви од силициум карбидГлавно се поделени во две категории: кристални дефекти и дефекти на површинската морфологија. Кристалните дефекти, вклучувајќи точкести дефекти, дислокации на завртки, дефекти на микротубули, дислокации на рабови итн., најчесто потекнуваат од дефекти на SiC подлоги и дифундираат во епитаксијалниот слој. Дефектите на површинската морфологија може директно да се набљудуваат со голо око со помош на микроскоп и имаат типични морфолошки карактеристики. Дефектите на површинската морфологија главно вклучуваат: гребнатинка, триаголен дефект, дефект на морков, дефект на пад и дефект на честички, како што е прикажано на Слика 4. За време на епитаксијалниот процес, туѓите честички, дефектите на подлогата, површинското оштетување и отстапувањата на епитаксијалниот процес може да влијаат на локалниот режим на раст на чекорниот тек, што резултира со дефекти на површинската морфологија.

Табела 1. Причини за формирање на вообичаени дефекти на матрицата и дефекти на површинската морфологија во епитаксијалните слоеви на SiC

 

Дефекти на точки

Точкестите дефекти се формираат од празнини или празнини на една или повеќе точки на решетката и немаат просторно проширување. Точкестите дефекти може да се појават во секој производствен процес, особено при јонска имплантација. Сепак, тие се тешки за откривање, а врската помеѓу трансформацијата на точкестите дефекти и другите дефекти е исто така доста сложена.

 

Микроцевки (MP)

Микроцевките се шупливи дислокации на завртки кои се шират по оската на раст, со Бургеров вектор <0001>. Дијаметарот на микроцевките се движи од дел од микрон до десетици микрони. Микроцевките покажуваат големи површински карактеристики слични на јами на површината на SiC плочките. Типично, густината на микроцевките е околу 0,1~1cm-2 и продолжува да се намалува при следењето на квалитетот на комерцијалното производство на плочки.

 

Дислокации на завртки (TSD) и дислокации на рабови (TED)

Дислокациите во SiC се главен извор на деградација и дефект на уредот. И дислокациите на завртките (TSD) и дислокациите на рабовите (TED) се протегаат по оската на раст, со Бургерови вектори од <0001> и 1/3<11–20>, соодветно.

И дислокациите на завртките (TSD) и дислокациите на рабовите (TED) можат да се протегаат од подлогата до површината на плочката и да донесат мали површински карактеристики слични на јами (Слика 4б). Типично, густината на дислокациите на рабовите е околу 10 пати поголема од онаа на дислокациите на завртките. Проширените дислокации на завртките, односно оние што се протегаат од подлогата до епислојот, можат да се трансформираат и во други дефекти и да се шират по оската на раст.SiC епитаксијаленрастот, дислокациите на завртките се претвораат во распади на редење (SF) или дефекти на морков, додека дислокациите на рабовите во епилослоевите се прикажани како конвертирани од дислокации на базалната рамнина (BPD) наследени од подлогата за време на епитаксијалниот раст.

 

Основна рамнинска дислокација (БПД)

Лоцирани на базалната рамнина на SiC, со Бургерсов вектор од 1/3 <11–20>. BPD ретко се појавуваат на површината на SiC плочките. Тие обично се концентрирани на подлогата со густина од 1500 cm-2, додека нивната густина во епилословот е само околу 10 cm-2. Детекцијата на BPD со користење на фотолуминисценција (PL) покажува линеарни карактеристики, како што е прикажано на Слика 4c. За време наSiC епитаксијаленраст, продолжените BPD можат да се претворат во раседи на натрупување (SF) или дислокации на рабовите (TED).

 

Грешки на натрупување (SF)

Дефекти во секвенцата на редење на базалната рамнина на SiC. Распадите на редење можат да се појават во епитаксијалниот слој со наследување на SF во подлогата или да бидат поврзани со проширувањето и трансформацијата на дислокациите на базалната рамнина (BPD) и дислокациите на навојните завртки (TSD). Општо земено, густината на SF е помала од 1 cm-2 и тие покажуваат триаголна карактеристика кога се детектираат со употреба на PL, како што е прикажано на Слика 4e. Сепак, во SiC можат да се формираат различни видови на распади на редење, како што се типот Шокли и типот Франк, бидејќи дури и мала количина на нарушување на енергијата на редење помеѓу рамнините може да доведе до значителна неправилност во секвенцата на редење.

 

Пад

Дефектот на паѓање главно потекнува од паѓањето на честичките на горните и страничните ѕидови на реакционата комора за време на процесот на раст, што може да се оптимизира со оптимизирање на процесот на периодично одржување на графитните потрошни материјали во реакционата комора.

 

Триаголен дефект

Станува збор за 3C-SiC политипска инклузија која се протега на површината на SiC епилослојот по должината на насоката на базалната рамнина, како што е прикажано на Слика 4g. Може да се генерира од паѓачките честички на површината на SiC епилослојот за време на епитаксијалниот раст. Честичките се вградени во епилослојот и се мешаат во процесот на раст, што резултира со 3C-SiC политипски инклузии, кои покажуваат остри аголни триаголни површински карактеристики со честичките лоцирани на врвовите на триаголниот регион. Многу студии, исто така, го припишуваат потеклото на политипските инклузии на површински гребнатини, микроцевки и неправилни параметри на процесот на раст.

 

Дефект на морков

Дефектот на морков е комплекс од раседни гребнатини со два краја лоцирани на базалните кристални рамнини TSD и SF, завршувани со дислокација од типот Франк, а големината на дефектот на морков е поврзана со призматичниот расед од гребнатини. Комбинацијата на овие карактеристики ја формира површинската морфологија на дефектот на морков, кој изгледа како облик на морков со густина помала од 1 cm-2, како што е прикажано на Слика 4f. Дефектите на морков лесно се формираат при полирање на гребнатини, TSD или дефекти на подлогата.

 

Гребнатини

Гребнатините се механички оштетувања на површината на SiC плочките формирани за време на процесот на производство, како што е прикажано на Слика 4h. Гребнатините на SiC подлогата може да го попречат растот на епилословот, да создадат ред дислокации со висока густина во рамките на епилословот или гребнатинките може да станат основа за формирање на дефекти во облик на морков. Затоа, од клучно значење е правилно да се полираат SiC плочките бидејќи овие гребнатини можат да имаат значително влијание врз перформансите на уредот кога се појавуваат во активната област на уредот.

 

Други дефекти на површинската морфологија

Степеното групирање е површински дефект формиран за време на процесот на епитаксијален раст на SiC, кој произведува тапи триаголници или трапезоидни карактеристики на површината на епислојот на SiC. Постојат многу други површински дефекти, како што се површински вдлабнатини, испакнатини и дамки. Овие дефекти обично се предизвикани од неоптимизирани процеси на раст и нецелосно отстранување на оштетувањата од полирањето, што негативно влијае на перформансите на уредот.