Podstawowa technologia wzrostuEpitaksjalny SiCmateriały to przede wszystkim technologia kontroli defektów, szczególnie w przypadku technologii kontroli defektów, która jest podatna na awarie urządzeń lub degradację niezawodności. Badanie mechanizmu defektów podłoża rozszerzających się na warstwę epitaksjalną podczas procesu wzrostu epitaksjalnego, prawa przenoszenia i transformacji defektów na styku między podłożem a warstwą epitaksjalną oraz mechanizm nukleacji defektów stanowią podstawę do wyjaśnienia korelacji między defektami podłoża a defektami strukturalnymi epitaksjalnymi, co może skutecznie kierować przesiewaniem podłoża i optymalizacją procesu epitaksjalnego.
Wadywarstwy epitaksjalne węglika krzemudzielą się głównie na dwie kategorie: defekty krystaliczne i defekty morfologii powierzchni. Defekty krystaliczne, w tym defekty punktowe, dyslokacje śrubowe, defekty mikrotubul, dyslokacje krawędziowe itp., pochodzą głównie z defektów na podłożach SiC i dyfundują do warstwy epitaksjalnej. Defekty morfologii powierzchni można bezpośrednio zaobserwować gołym okiem za pomocą mikroskopu i mają typowe cechy morfologiczne. Defekty morfologii powierzchni obejmują głównie: zadrapanie, defekt trójkątny, defekt marchewki, opad i cząstkę, jak pokazano na rysunku 4. Podczas procesu epitaksjalnego obce cząstki, defekty podłoża, uszkodzenia powierzchni i odchylenia procesu epitaksjalnego mogą wpływać na lokalny tryb wzrostu przepływu skokowego, co skutkuje defektami 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 punkcie sieci lub kilku punktach sieci i nie mają rozszerzenia przestrzennego. Defekty punktowe mogą występować w każdym procesie produkcyjnym, szczególnie w implantacji jonów. Są jednak trudne do wykrycia, a związek między transformacją defektów punktowych i innych defektów 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, przypominające wgłębienia cechy powierzchni 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 Burgersa odpowiednio <0001> i 1/3<11–20>.
Zarówno dyslokacje śrubowe (TSD), jak i dyslokacje krawędziowe (TED) mogą rozciągać się od podłoża do powierzchni wafla i powodować powstawanie małych, przypominających dołki cech powierzchni (rysunek 4b). Zazwyczaj gęstość dyslokacji krawędziowych jest około 10 razy większa niż gęstość dyslokacji śrubowych. Rozszerzone 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 tylko około 10 cm-2. Wykrywanie BPD za pomocą fotoluminescencji (PL) wykazuje cechy liniowe, jak pokazano na rysunku 4c. PodczasEpitaksjalny SiCW miarę wzrostu 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 pojawić 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). Ogólnie rzecz biorąc, gęstość SF jest mniejsza niż 1 cm-2 i wykazują one trójkątną cechę po wykryciu za pomocą PL, jak pokazano na rysunku 4e. Jednak w SiC mogą powstawać różne typy błędów ułożenia, takie jak typ Shockleya i typ Franka, ponieważ nawet niewielka ilość zaburzeń 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, co można zoptymalizować poprzez udoskonalenie procesu okresowej konserwacji grafitowych materiałów eksploatacyjnych komory reakcyjnej.
Wada trójkątna
Jest to inkluzja politypu 3C-SiC, która rozciąga się na powierzchnię warstwy epitaksjalnej SiC wzdłuż kierunku płaszczyzny bazowej, jak pokazano na rysunku 4g. Może być generowana przez spadające cząstki na powierzchnię warstwy epitaksjalnej SiC podczas wzrostu epitaksjalnego. Cząstki są osadzone w warstwie epitaksjalnej i zakłócają proces wzrostu, co skutkuje inkluzjami politypu 3C-SiC, które wykazują ostrokątne trójkątne cechy powierzchni z cząstkami zlokalizowanymi na wierzchołkach trójkątnego obszaru. Wiele badań przypisuje również pochodzenie inkluzji politypu zarysowaniom powierzchni, mikrorurkom i niewłaściwym parametrom procesu wzrostu.
Wada marchwi
Wada marchwi to kompleks błędów ułożenia z dwoma końcami zlokalizowanymi na podstawowych płaszczyznach kryształu TSD i SF, zakończonych dyslokacją typu Franka, a rozmiar wady marchwi jest związany z pryzmatycznym błędem ułożenia. Połączenie tych cech tworzy morfologię powierzchni wady marchwi, która wygląda jak kształt marchewki o gęstości mniejszej niż 1 cm-2, jak pokazano na rysunku 4f. Wady marchwi łatwo tworzą się na zarysowaniach polerskich, TSD lub defektach podłoża.
Zadrapania
Zarysowania to uszkodzenia mechaniczne na powierzchni płytek SiC powstające w procesie produkcji, jak pokazano na rysunku 4h. Zarysowania na podłożu SiC mogą zakłócać wzrost warstwy epitaksjalnej, powodować powstanie szeregu dyslokacji o dużej gęstości w obrębie warstwy epitaksjalnej lub zarysowania mogą stać się podstawą powstawania defektów marchwiowych. Dlatego też niezwykle ważne jest prawidłowe polerowanie płytek SiC, ponieważ te zarysowania mogą mieć znaczący wpływ na wydajność urządzenia, gdy pojawią się w obszarze aktywnym urządzenia.
Inne wady morfologii powierzchni
Zlepianie się stopniowe to defekt powierzchni powstający podczas procesu epitaksjalnego wzrostu SiC, który powoduje powstawanie trójkątów tępych lub trapezoidalnych cech na powierzchni epitaksjalnej warstwy SiC. Istnieje wiele innych defektów powierzchni, takich jak wżery, wypukłości i plamy na powierzchni. Defekty te są zwykle spowodowane przez niezoptymalizowane procesy wzrostu i niepełne usunięcie uszkodzeń polerowania, co niekorzystnie wpływa na wydajność urządzenia.
Czas publikacji: 05-06-2024