De kerntechnologie voor de groei vanSiC epitaxiaalMaterialen zijn in de eerste plaats defectbestrijdingstechnologie, met name voor defectbestrijdingstechnologie die gevoelig is voor apparaatstoringen of een verslechtering van de betrouwbaarheid. De studie van het mechanisme van substraatdefecten die zich tijdens het epitaxiale groeiproces uitbreiden tot in de epitaxiale laag, de overdrachts- en transformatiewetten van defecten op het grensvlak tussen het substraat en de epitaxiale laag, en het nucleatiemechanisme van defecten vormen de basis voor het verduidelijken van de correlatie tussen substraatdefecten en epitaxiale structurele defecten, wat effectief kan bijdragen aan substraatscreening en optimalisatie van epitaxiale processen.
De gebreken vanepitaxiale lagen van siliciumcarbideworden hoofdzakelijk onderverdeeld in twee categorieën: kristaldefecten en oppervlaktemorfologische defecten. Kristaldefecten, waaronder puntdefecten, schroefdislocaties, microtubulidefecten, randdislocaties, enz., ontstaan meestal door defecten op SiC-substraten en diffunderen in de epitaxiale laag. Oppervlaktemorfologische defecten kunnen direct met het blote oog worden waargenomen met behulp van een microscoop en hebben typische morfologische kenmerken. Oppervlaktemorfologische defecten omvatten voornamelijk: kras, driehoeksdefect, worteldefect, neerwaartse val en deeltjesdefect, zoals weergegeven in figuur 4. Tijdens het epitaxiale proces kunnen vreemde deeltjes, substraatdefecten, oppervlakteschade en afwijkingen van het epitaxiale proces allemaal de lokale stapstroomgroeimodus beïnvloeden, wat resulteert in oppervlaktemorfologische defecten.
Tabel 1. Oorzaken van de vorming van veelvoorkomende matrixdefecten en oppervlaktemorfologische defecten in epitaxiale lagen van SiC
Puntdefecten
Puntdefecten worden gevormd door lege plekken of gaten in één of meerdere roosterpunten en hebben geen ruimtelijke omvang. Puntdefecten kunnen in elk productieproces voorkomen, met name bij ionenimplantatie. Ze zijn echter moeilijk te detecteren en de relatie tussen de transformatie van puntdefecten en andere defecten is eveneens vrij complex.
Micropijpen (MP)
Micropipes zijn holle schroefdislocaties die zich voortplanten langs de groeias, met een Burgers-vector <0001>. De diameter van microtubes varieert van een fractie van een micron tot tientallen microns. Microtubes vertonen grote putjesachtige oppervlaktestructuren op het oppervlak van SiC-wafers. De dichtheid van microtubes bedraagt doorgaans ongeveer 0,1~1 cm-2 en neemt nog steeds af bij kwaliteitsmonitoring in de commerciële waferproductie.
Schroefdislocaties (TSD) en randdislocaties (TED)
Dislocaties in SiC zijn de belangrijkste bron van degradatie en falen van componenten. Zowel schroefdislocaties (TSD) als randdislocaties (TED) lopen langs de groeias, met Burgers-vectoren van respectievelijk <0001> en 1/3<11–20>.
Zowel schroefdislocaties (TSD) als randdislocaties (TED) kunnen zich uitstrekken van het substraat tot het waferoppervlak en kleine putjesachtige oppervlaktekenmerken opleveren (Figuur 4b). De dichtheid van randdislocaties is doorgaans ongeveer 10 keer zo groot als die van schroefdislocaties. Uitgebreide schroefdislocaties, dat wil zeggen die zich uitstrekken van het substraat tot de epilaag, kunnen ook transformeren in andere defecten en zich voortplanten langs de groeias.SiC epitaxiaalTijdens de groei worden schroefdislocaties omgezet in stapelfouten (SF) of worteldefecten, terwijl is aangetoond dat randdislocaties in epilagen worden omgezet van basale vlakdislocaties (BPD's) die worden geërfd van het substraat tijdens epitaxiale groei.
Basisvlakdislocatie (BPD)
Gelegen op het SiC-basale vlak, met een Burgers-vector van 1/3 <11–20>. BPD's verschijnen zelden op het oppervlak van SiC-wafers. Ze zijn meestal geconcentreerd op het substraat met een dichtheid van 1500 cm-2, terwijl hun dichtheid in de epilaag slechts ongeveer 10 cm-2 bedraagt. Detectie van BPD's met behulp van fotoluminescentie (PL) vertoont lineaire kenmerken, zoals weergegeven in figuur 4c. TijdensSiC epitaxiaalDoor de groei kunnen uitgebreide BPD's worden omgezet in stapelfouten (SF) of randdislocaties (TED).
Stapelfouten (SF's)
Defecten in de stapelvolgorde van het SiC-basisvlak. Stapelfouten kunnen in de epitaxiale laag ontstaan door overerving van SF's in het substraat, of gerelateerd zijn aan de uitbreiding en transformatie van dislocaties in het basisvlak (BPD's) en dislocaties van schroefdraden (TSD's). Over het algemeen is de dichtheid van SF's minder dan 1 cm-2 en vertonen ze een driehoekige vorm bij detectie met behulp van PL, zoals weergegeven in figuur 4e. Er kunnen echter verschillende soorten stapelfouten in SiC ontstaan, zoals het Shockley-type en het Frank-type, omdat zelfs een kleine hoeveelheid stapelenergie-afwijking tussen vlakken kan leiden tot een aanzienlijke onregelmatigheid in de stapelvolgorde.
Ondergang
Het valdefect ontstaat hoofdzakelijk doordat deeltjes tijdens het groeiproces op de boven- en zijwanden van de reactiekamer vallen. Dit kan worden geoptimaliseerd door het periodieke onderhoudsproces van de grafietverbruiksartikelen in de reactiekamer te optimaliseren.
Driehoekig defect
Het betreft een 3C-SiC-polytype-insluiting die zich uitstrekt tot aan het oppervlak van de SiC-epilaag in de richting van het basale vlak, zoals weergegeven in figuur 4g. Deze insluiting kan ontstaan door de vallende deeltjes op het oppervlak van de SiC-epilaag tijdens epitaxiale groei. De deeltjes zijn ingebed in de epilaag en verstoren het groeiproces, wat resulteert in 3C-SiC-polytype-insluitingen met scherphoekige driehoekige oppervlaktekenmerken, waarbij de deeltjes zich op de hoekpunten van het driehoekige gebied bevinden. Veel studies hebben de oorsprong van polytype-insluitingen ook toegeschreven aan oppervlaktekrassen, micropipes en onjuiste parameters van het groeiproces.
Worteldefect
Een worteldefect is een stapelfoutcomplex met twee uiteinden in het basale kristalvlak van de TSD en SF, eindigend in een Frank-achtige dislocatie. De grootte van het worteldefect is gerelateerd aan de prismatische stapelfout. De combinatie van deze kenmerken vormt de oppervlaktemorfologie van het worteldefect, dat eruitziet als een wortel met een dichtheid van minder dan 1 cm-2, zoals weergegeven in figuur 4f. Worteldefecten ontstaan gemakkelijk bij polijstkrassen, TSD's of substraatdefecten.
Krassen
Krassen zijn mechanische beschadigingen aan het oppervlak van SiC-wafers die tijdens het productieproces ontstaan, zoals weergegeven in figuur 4h. Krassen op het SiC-substraat kunnen de groei van de epilaag verstoren, een rij dislocaties met hoge dichtheid in de epilaag veroorzaken of de basis vormen voor de vorming van worteldefecten. Het is daarom cruciaal om SiC-wafers goed te polijsten, omdat deze krassen een aanzienlijke impact kunnen hebben op de prestaties van het apparaat wanneer ze in het actieve gebied van het apparaat verschijnen.
Andere defecten in de oppervlaktemorfologie
Step bunching is een oppervlaktedefect dat ontstaat tijdens het epitaxiale groeiproces van SiC, waardoor stompe driehoeken of trapeziumvormige structuren ontstaan op het oppervlak van de SiC-epilaag. Er zijn vele andere oppervlaktedefecten, zoals putjes, bobbels en vlekken. Deze defecten worden meestal veroorzaakt door niet-geoptimaliseerde groeiprocessen en onvolledige verwijdering van polijstschade, wat de prestaties van het apparaat negatief beïnvloedt.
Plaatsingstijd: 05-06-2024