Podstawowa technologia wzrostuEpitaksjalny SiCMateriały to przede wszystkim technologia kontroli defektów, szczególnie w przypadku technologii kontroli defektów, które są podatne na awarie urządzeń lub degradację niezawodności. Badanie mechanizmu rozprzestrzeniania się defektów podłoża w warstwę epitaksjalną podczas procesu wzrostu epitaksjalnego, praw transferu i transformacji defektów na styku podłoża i warstwy epitaksjalnej oraz mechanizmu nukleacji defektów stanowią podstawę do wyjaśnienia korelacji między defektami podłoża a strukturalnymi defektami epitaksjalnymi, co może skutecznie ukierunkować ekranowanie podłoża i optymalizację procesu epitaksjalnego.
Wadywarstwy epitaksjalne węglika krzemuDefekty morfologii powierzchni dzielą się głównie na dwie kategorie: defekty krystaliczne i defekty morfologii powierzchni. Defekty krystaliczne, w tym defekty punktowe, dyslokacje śrubowe, defekty mikrotubul, dyslokacje krawędziowe itp., powstają głównie z defektów na podłożach SiC i dyfundują do warstwy epitaksjalnej. Defekty morfologii powierzchni można bezpośrednio zaobserwować gołym okiem za pomocą mikroskopu i mają one typowe cechy morfologiczne. Defekty morfologii powierzchni obejmują głównie: rysę, defekt trójkątny, defekt marchwiowy, opad i cząstkę, jak pokazano na rysunku 4. Podczas procesu epitaksjalnego, cząstki obce, defekty podłoża, uszkodzenia powierzchni i odchylenia procesu epitaksjalnego mogą wpływać na lokalny tryb wzrostu przepływu skokowego, powodując defekty morfologii powierzchni.
Tabela 1. Przyczyny powstawania typowych defektów matrycy i defektów morfologii powierzchni w warstwach epitaksjalnych SiC
Wady punktowe
Defekty punktowe powstają w wyniku luk lub szczelin w jednym lub kilku punktach sieci i nie mają zasięgu przestrzennego. Defekty punktowe mogą wystąpić w każdym procesie produkcyjnym, zwłaszcza w implantacji jonów. Są jednak trudne do wykrycia, a związek między transformacją defektów punktowych a innymi defektami jest również dość złożony.
Mikrorury (MP)
Mikrorurki to puste dyslokacje śrubowe, które rozprzestrzeniają się wzdłuż osi wzrostu, z wektorem Burgersa <0001>. Średnica mikrorurek waha się od ułamka mikrona do dziesiątek mikronów. Mikrorurki wykazują duże, wgłębione struktury powierzchniowe na powierzchni płytek SiC. Zazwyczaj gęstość mikrorurek wynosi około 0,1~1 cm-2 i nadal spada w monitorowaniu jakości komercyjnej produkcji płytek.
Dyslokacje śrubowe (TSD) i dyslokacje krawędziowe (TED)
Dyslokacje w SiC są głównym źródłem degradacji i awarii urządzeń. Zarówno dyslokacje śrubowe (TSD), jak i dyslokacje krawędziowe (TED) przebiegają wzdłuż osi wzrostu, z wektorami Burgera odpowiednio <0001> i 1/3<11–20>.
Zarówno dyslokacje śrubowe (TSD), jak i dyslokacje krawędziowe (TED) mogą rozciągać się od podłoża do powierzchni płytki, tworząc drobne wgłębienia (rysunek 4b). Zazwyczaj gęstość dyslokacji krawędziowych jest około 10 razy większa niż gęstość dyslokacji śrubowych. Rozległe dyslokacje śrubowe, czyli rozciągające się od podłoża do warstwy epitaksjalnej, mogą również przekształcać się w inne defekty i rozprzestrzeniać się wzdłuż osi wzrostu. PodczasEpitaksjalny SiCPodczas wzrostu dyslokacje śrubowe przekształcają się w błędy ułożenia (SF) lub defekty marchwi, podczas gdy dyslokacje krawędziowe w warstwach epitaksjalnych przekształcają się z dyslokacji płaszczyzny podstawowej (BPD) odziedziczonych po podłożu podczas wzrostu epitaksjalnego.
Podstawowe zwichnięcie płaszczyzny (BPD)
Znajdują się na płaszczyźnie bazowej SiC, z wektorem Burgersa 1/3 <11–20>. BPD rzadko pojawiają się na powierzchni płytek SiC. Zazwyczaj są skoncentrowane na podłożu o gęstości 1500 cm-2, podczas gdy ich gęstość w warstwie epitaksjalnej wynosi zaledwie około 10 cm-2. Detekcja BPD za pomocą fotoluminescencji (PL) wykazuje cechy liniowe, jak pokazano na rysunku 4c. PodczasEpitaksjalny SiCwzrostu, rozszerzone BPD mogą zostać przekształcone w błędy ułożenia (SF) lub dyslokacje krawędziowe (TED).
Błędy układania (SF)
Defekty w sekwencji ułożenia płaszczyzny bazowej SiC. Błędy ułożenia mogą pojawiać się w warstwie epitaksjalnej poprzez dziedziczenie SF w podłożu lub być związane z rozszerzeniem i transformacją dyslokacji płaszczyzny bazowej (BPD) i dyslokacji śrub gwintowanych (TSD). Generalnie gęstość SF jest mniejsza niż 1 cm-2 i wykazują one trójkątny kształt po wykryciu za pomocą PL, jak pokazano na rysunku 4e. Jednakże w SiC mogą powstawać różne rodzaje błędów ułożenia, takie jak typu Shockleya i typu Franka, ponieważ nawet niewielkie zaburzenie energii ułożenia między płaszczyznami może prowadzić do znacznej nieregularności w sekwencji ułożenia.
Upadek
Wada opadowa powstaje głównie w wyniku spadania cząstek na górne i boczne ściany komory reakcyjnej w trakcie procesu wzrostu. Można ją zminimalizować, optymalizując okresowy proces konserwacji grafitowych materiałów eksploatacyjnych komory reakcyjnej.
Wada trójkątna
Jest to wtrącenie politypu 3C-SiC, które rozciąga się na powierzchnię warstwy epitaksjalnej SiC wzdłuż płaszczyzny podstawy, jak pokazano na rysunku 4g. Może ono powstawać w wyniku opadania cząstek na powierzchnię warstwy epitaksjalnej SiC podczas wzrostu epitaksjalnego. Cząstki te są osadzone w warstwie epitaksjalnej i zakłócają proces wzrostu, powodując powstawanie wtrąceń politypu 3C-SiC, które charakteryzują się ostrokątnymi trójkątnymi strukturami powierzchni, a cząstki znajdują się na wierzchołkach obszaru trójkątnego. Wiele badań przypisuje również pochodzenie wtrąceń politypu zarysowaniom powierzchni, mikrorurom i niewłaściwym parametrom procesu wzrostu.
Wada marchwi
Defekt marchwi to kompleks defektów ułożenia, którego dwa końce znajdują się w bazowych płaszczyznach kryształu TSD i SF, zakończone dyslokacją typu Franka, a rozmiar defektu marchwi jest związany z pryzmatycznym defektem ułożenia. Połączenie tych cech kształtuje morfologię powierzchni defektu marchwi, która wygląda jak marchewka o gęstości mniejszej niż 1 cm-2, jak pokazano na rysunku 4f. Defekty marchwi łatwo tworzą się w wyniku zarysowań polerskich, TSD lub defektów podłoża.
Zadrapania
Zarysowania to mechaniczne uszkodzenia powierzchni płytek SiC powstające w procesie produkcji, jak pokazano na rysunku 4h. Zarysowania podłoża SiC mogą zakłócać wzrost warstwy epitaksjalnej, powodować powstawanie szeregu dyslokacji o dużej gęstości w warstwie epitaksjalnej lub stać się podstawą powstawania defektów typu „marchewka”. Dlatego tak ważne jest prawidłowe polerowanie płytek SiC, ponieważ zarysowania te mogą mieć znaczący wpływ na wydajność urządzenia, gdy pojawią się w jego obszarze aktywnym.
Inne defekty morfologii powierzchni
Zgrubienie schodkowe to defekt powierzchni powstający podczas procesu epitaksjalnego wzrostu SiC, który powoduje powstawanie trójkątów rozwartych lub trapezoidalnych struktur na powierzchni warstwy epitaksjalnej SiC. Występuje wiele innych defektów powierzchniowych, takich jak wżery, wypukłości i plamy. Defekty te są zazwyczaj spowodowane niezoptymalizowanymi procesami wzrostu i niepełnym usunięciem uszkodzeń polerowania, co negatywnie wpływa na wydajność urządzenia.
Czas publikacji: 05-06-2024