Hva er defektene i det epitaksiale laget av silisiumkarbid

Kjerneteknologien for vekst avSiC epitaksialMaterialer er først og fremst defektkontrollteknologi, spesielt for defektkontrollteknologi som er utsatt for enhetsfeil eller forringelse av pålitelighet. Studiet av mekanismen for substratdefekter som strekker seg inn i det epitaksiale laget under den epitaksiale vekstprosessen, overførings- og transformasjonslovene for defekter ved grensesnittet mellom substratet og det epitaksiale laget, og kimdannelsesmekanismen for defekter er grunnlaget for å avklare korrelasjonen mellom substratdefekter og epitaksiale strukturelle defekter, noe som effektivt kan veilede substratscreening og optimalisering av epitaksiale prosesser.

Manglene vedepitaksiale lag av silisiumkarbider hovedsakelig delt inn i to kategorier: krystalldefekter og overflatemorfologiske defekter. Krystalldefekter, inkludert punktdefekter, skruedislokasjoner, mikrotubuli-defekter, kantdislokasjoner, etc., stammer hovedsakelig fra defekter på SiC-substrater og diffunderer inn i det epitaksiale laget. Overflatemorfologiske defekter kan observeres direkte med det blotte øye ved hjelp av et mikroskop og har typiske morfologiske egenskaper. Overflatemorfologiske defekter inkluderer hovedsakelig: Ripe, trekantet defekt, gulrotdefekt, nedfall og partikkel, som vist i figur 4. Under den epitaksiale prosessen kan fremmedpartikler, substratdefekter, overflateskader og avvik i den epitaksiale prosessen alle påvirke den lokale trinnvise vekstmodusen, noe som resulterer i overflatemorfologiske defekter.

Tabell 1. Årsaker til dannelse av vanlige matriksdefekter og overflatemorfologiske defekter i SiC-epitaksiale lag

 

Punktfeil

Punktdefekter dannes av tomme hull eller gap i et enkelt gitterpunkt eller flere gitterpunkter, og de har ingen romlig utbredelse. Punktdefekter kan forekomme i alle produksjonsprosesser, spesielt ved ionimplantasjon. De er imidlertid vanskelige å oppdage, og forholdet mellom transformasjonen av punktdefekter og andre defekter er også ganske komplekst.

 

Mikrorør (MP)

Mikrorør er hule skrueforskyvninger som forplanter seg langs vekstaksen, med en Burgers-vektor <0001>. Diameteren til mikrorør varierer fra en brøkdel av en mikron til titalls mikron. Mikrorør viser store, groplignende overflateegenskaper på overflaten av SiC-wafere. Typisk er tettheten til mikrorør omtrent 0,1~1 cm-2 og fortsetter å synke i overvåking av kommersiell waferproduksjonskvalitet.

 

Skrueforskyvninger (TSD) og kantforskyvninger (TED)

Dislokasjoner i SiC er hovedkilden til enhetsdegradering og -feil. Både skruedislokasjoner (TSD) og kantdislokasjoner (TED) går langs vekstaksen, med Burgers-vektorer på henholdsvis <0001> og 1/3 <11–20>.

Både skruedislokasjoner (TSD) og kantdislokasjoner (TED) kan strekke seg fra substratet til waferoverflaten og gi små, groplignende overflateegenskaper (figur 4b). Vanligvis er tettheten av kantdislokasjoner omtrent 10 ganger så høy som skruedislokasjoner. Utvidede skruedislokasjoner, det vil si at de strekker seg fra substratet til epilaget, kan også transformeres til andre defekter og forplante seg langs vekstaksen. UnderSiC epitaksialvekst, konverteres skruedislokasjoner til stablingsfeil (SF) eller gulrotdefekter, mens kantdislokasjoner i epilag er vist å være konvertert fra basalplandislokasjoner (BPD-er) arvet fra substratet under epitaksial vekst.

 

Grunnleggende planforskyvning (BPD)

Plassert på SiC-basalplanet, med en Burgers-vektor på 1/3 <11–20>. BPD-er forekommer sjelden på overflaten av SiC-wafere. De er vanligvis konsentrert på substratet med en tetthet på 1500 cm⁻², mens tettheten i epilaget bare er omtrent 10 cm⁻². Deteksjon av BPD-er ved bruk av fotoluminescens (PL) viser lineære trekk, som vist i figur 4c. UnderSiC epitaksialvekst, kan utvidede BPD-er konverteres til stablingsforkastninger (SF) eller kantdislokasjoner (TED).

 

Stablingsfeil (SF-er)

Defekter i stablingssekvensen til SiC-basalplanet. Stablingsfeil kan oppstå i det epitaksiale laget ved å arve SF-er i substratet, eller være relatert til utvidelse og transformasjon av basalplandislokasjoner (BPD-er) og gjengeskruedislokasjoner (TSD-er). Generelt er tettheten av SF-er mindre enn 1 cm⁻², og de viser et trekantet trekk når de detekteres ved bruk av PL, som vist i figur 4e. Imidlertid kan forskjellige typer stablingsfeil dannes i SiC, for eksempel Shockley-typen og Frank-typen, fordi selv en liten mengde stablingsenergiforstyrrelse mellom plan kan føre til en betydelig uregelmessighet i stablingssekvensen.

 

Fall

Nedfallsdefekten stammer hovedsakelig fra partikkelfall på de øvre og sideveggene i reaksjonskammeret under vekstprosessen, noe som kan optimaliseres ved å optimalisere den periodiske vedlikeholdsprosessen av grafittforbruksdelene i reaksjonskammeret.

 

Trekantet defekt

Det er en 3C-SiC polytype-inneslutning som strekker seg til overflaten av SiC-epilaget langs basalplanretningen, som vist i figur 4g. Den kan genereres av fallende partikler på overflaten av SiC-epilaget under epitaksial vekst. Partiklene er innebygd i epilaget og forstyrrer vekstprosessen, noe som resulterer i 3C-SiC polytype-inneslutninger, som viser skarpvinklede trekantede overflateegenskaper med partiklene plassert i hjørnene av det trekantede området. Mange studier har også tilskrevet opprinnelsen til polytype-inneslutninger til overflateriper, mikrorør og uriktige parametere i vekstprosessen.

 

Gulrotfeil

En gulrotdefekt er et stablingsforkastningskompleks med to ender plassert ved TSD- og SF-basalkrystallplanene, avsluttet av en Frank-type dislokasjon, og størrelsen på gulrotdefekten er relatert til den prismatiske stablingsforkastningen. Kombinasjonen av disse trekkene danner overflatemorfologien til gulrotdefekten, som ser ut som en gulrotform med en tetthet på mindre enn 1 cm-2, som vist i figur 4f. Gulrotdefekter dannes lett ved poleringsriper, TSD-er eller substratdefekter.

 

Riper

Riper er mekaniske skader på overflaten av SiC-wafere som dannes under produksjonsprosessen, som vist i figur 4h. Riper på SiC-substratet kan forstyrre veksten av epilaget, produsere en rekke med høydensitetsforskyvninger i epilaget, eller riper kan bli grunnlaget for dannelsen av gulrotdefekter. Derfor er det viktig å polere SiC-wafere riktig, fordi disse ripene kan ha en betydelig innvirkning på enhetens ytelse når de oppstår i enhetens aktive område.

 

Andre overflatemorfologiske defekter

Stegbundting er en overflatedefekt som dannes under SiCs epitaksiale vekstprosess, som produserer stumpe trekanter eller trapesformede trekk på overflaten av SiC-epilaget. Det finnes mange andre overflatedefekter, som overflategroper, ujevnheter og flekker. Disse defektene er vanligvis forårsaket av uoptimaliserte vekstprosesser og ufullstendig fjerning av poleringsskader, noe som påvirker enhetens ytelse negativt.