Teknologi teras untuk pertumbuhanEpitaksi SiCBahan-bahan tersebut merupakan teknologi kawalan kecacatan yang pertama, terutamanya untuk teknologi kawalan kecacatan yang terdedah kepada kegagalan peranti atau degradasi kebolehpercayaan. Kajian tentang mekanisme kecacatan substrat yang memanjang ke lapisan epitaksial semasa proses pertumbuhan epitaksial, hukum pemindahan dan transformasi kecacatan pada antara muka antara substrat dan lapisan epitaksial, dan mekanisme nukleasi kecacatan adalah asas untuk menjelaskan korelasi antara kecacatan substrat dan kecacatan struktur epitaksial, yang boleh membimbing penyaringan substrat dan pengoptimuman proses epitaksial dengan berkesan.
Kecacatan-kecacatan daripadalapisan epitaksi silikon karbidaKecacatan hablur terutamanya dibahagikan kepada dua kategori: kecacatan hablur dan kecacatan morfologi permukaan. Kecacatan hablur, termasuk kecacatan titik, kehelan skru, kecacatan mikrotubul, kehelan tepi, dan sebagainya, kebanyakannya berasal daripada kecacatan pada substrat SiC dan meresap ke dalam lapisan epitaksi. Kecacatan morfologi permukaan boleh diperhatikan secara langsung dengan mata kasar menggunakan mikroskop dan mempunyai ciri-ciri morfologi yang tipikal. Kecacatan morfologi permukaan terutamanya termasuk: Calar, Kecacatan segi tiga, Kecacatan lobak merah, Kejatuhan, dan Zarah, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 4. Semasa proses epitaksi, zarah asing, kecacatan substrat, kerosakan permukaan, dan sisihan proses epitaksi semuanya boleh menjejaskan mod pertumbuhan aliran langkah tempatan, mengakibatkan kecacatan morfologi permukaan.
Jadual 1. Punca pembentukan kecacatan matriks biasa dan kecacatan morfologi permukaan dalam lapisan epitaksi SiC
Kecacatan titik
Kecacatan titik terbentuk oleh kekosongan atau jurang pada satu titik kekisi atau beberapa titik kekisi, dan ia tidak mempunyai perluasan ruang. Kecacatan titik mungkin berlaku dalam setiap proses pengeluaran, terutamanya dalam implantasi ion. Walau bagaimanapun, ia sukar dikesan, dan hubungan antara transformasi kecacatan titik dan kecacatan lain juga agak kompleks.
Mikropaip (MP)
Mikropaip ialah kehelan skru berongga yang merambat di sepanjang paksi pertumbuhan, dengan vektor Burgers <0001>. Diameter mikrotube adalah dari pecahan mikron hingga puluhan mikron. Mikrotube menunjukkan ciri permukaan seperti lubang yang besar pada permukaan wafer SiC. Biasanya, ketumpatan mikrotube adalah kira-kira 0.1~1cm-2 dan terus berkurangan dalam pemantauan kualiti pengeluaran wafer komersial.
Kehelan skru (TSD) dan kehelan tepi (TED)
Dislokasi dalam SiC merupakan sumber utama degradasi dan kegagalan peranti. Kedua-dua dislokasi skru (TSD) dan dislokasi tepi (TED) berjalan di sepanjang paksi pertumbuhan, dengan vektor Burger masing-masing <0001> dan 1/3<11–20>.
Kedua-dua kehelan skru (TSD) dan kehelan tepi (TED) boleh memanjang dari substrat ke permukaan wafer dan membawa ciri permukaan seperti lubang kecil (Rajah 4b). Biasanya, ketumpatan kehelan tepi adalah kira-kira 10 kali ganda daripada kehelan skru. Kehelan skru lanjutan, iaitu memanjang dari substrat ke lapisan epilayer, juga boleh berubah menjadi kecacatan lain dan merambat di sepanjang paksi pertumbuhan. SemasaEpitaksi SiCpertumbuhan, kehelan skru ditukar menjadi sesar susun (SF) atau kecacatan lobak merah, manakala kehelan tepi dalam lapisan epi ditunjukkan ditukar daripada kehelan satah basal (BPD) yang diwarisi daripada substrat semasa pertumbuhan epitaksi.
Dislokasi satah asas (BPD)
Terletak pada satah basal SiC, dengan vektor Burgers 1/3 <11–20>. BPD jarang muncul pada permukaan wafer SiC. Ia biasanya tertumpu pada substrat dengan ketumpatan 1500 cm-2, manakala ketumpatannya dalam lapisan epilayer hanya kira-kira 10 cm-2. Pengesanan BPD menggunakan fotoluminesen (PL) menunjukkan ciri linear, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 4c. SemasaEpitaksi SiCpertumbuhan, BPD lanjutan boleh ditukar menjadi sesar susun (SF) atau kehelan tepi (TED).
Kerosakan susun (SF)
Kecacatan dalam jujukan susunan satah basal SiC. Sesar susunan boleh muncul dalam lapisan epitaksi dengan mewarisi SF dalam substrat, atau berkaitan dengan pemanjangan dan transformasi kehelan satah basal (BPD) dan kehelan skru penguliran (TSD). Secara amnya, ketumpatan SF adalah kurang daripada 1 cm-2, dan ia mempamerkan ciri segi tiga apabila dikesan menggunakan PL, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 4e. Walau bagaimanapun, pelbagai jenis sesar susunan boleh dibentuk dalam SiC, seperti jenis Shockley dan jenis Frank, kerana walaupun sedikit gangguan tenaga susunan antara satah boleh menyebabkan ketidakteraturan yang ketara dalam jujukan susunan.
Kejatuhan
Kecacatan kejatuhan terutamanya berasal daripada titisan zarah pada dinding atas dan sisi ruang tindak balas semasa proses pertumbuhan, yang boleh dioptimumkan dengan mengoptimumkan proses penyelenggaraan berkala bahan habis pakai grafit ruang tindak balas.
Kecacatan segi tiga
Ia merupakan rangkuman politip 3C-SiC yang memanjang ke permukaan lapisan epilayer SiC sepanjang arah satah basal, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 4g. Ia mungkin dihasilkan oleh zarah-zarah yang jatuh pada permukaan lapisan epilayer SiC semasa pertumbuhan epitaksial. Zarah-zarah tersebut terbenam dalam lapisan epilayer dan mengganggu proses pertumbuhan, menghasilkan rangkuman politip 3C-SiC, yang menunjukkan ciri permukaan segi tiga bersudut tajam dengan zarah-zarah yang terletak di bucu kawasan segi tiga. Banyak kajian juga mengaitkan asal-usul rangkuman politip dengan calar permukaan, paip mikro dan parameter proses pertumbuhan yang tidak betul.
Kecacatan lobak merah
Kecacatan lobak merah ialah kompleks sesar susun dengan dua hujung yang terletak pada satah kristal basal TSD dan SF, yang ditamatkan oleh kehelan jenis Frank, dan saiz kecacatan lobak merah berkaitan dengan sesar susun prisma. Gabungan ciri-ciri ini membentuk morfologi permukaan kecacatan lobak merah, yang kelihatan seperti bentuk lobak merah dengan ketumpatan kurang daripada 1 cm-2, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 4f. Kecacatan lobak merah mudah terbentuk pada calar penggilapan, TSD, atau kecacatan substrat.
Calar
Calar merupakan kerosakan mekanikal pada permukaan wafer SiC yang terbentuk semasa proses pengeluaran, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 4h. Calar pada substrat SiC boleh mengganggu pertumbuhan lapisan epilayer, menghasilkan deretan kehelan berketumpatan tinggi dalam lapisan epilayer, atau calar boleh menjadi asas pembentukan kecacatan lobak merah. Oleh itu, adalah penting untuk menggilap wafer SiC dengan betul kerana calar ini boleh memberi impak yang ketara terhadap prestasi peranti apabila ia muncul di kawasan aktif peranti.
Kecacatan morfologi permukaan yang lain
Gumpalan langkah merupakan kecacatan permukaan yang terbentuk semasa proses pertumbuhan epitaksial SiC, yang menghasilkan segitiga tumpul atau ciri trapezoid pada permukaan lapisan epilater SiC. Terdapat banyak kecacatan permukaan lain, seperti lubang permukaan, bonggol dan kotoran. Kecacatan ini biasanya disebabkan oleh proses pertumbuhan yang tidak dioptimumkan dan penyingkiran kerosakan penggilapan yang tidak lengkap, yang menjejaskan prestasi peranti secara negatif.
Masa siaran: 05-Jun-2024