A tecnologia central para o crescimento deSiC epitaxialMateriais é, em primeiro lugar, tecnologia de controle de defeitos, especialmente para tecnologias de controle de defeitos propensas a falhas de dispositivos ou degradação da confiabilidade. O estudo do mecanismo de extensão de defeitos do substrato para a camada epitaxial durante o processo de crescimento epitaxial, as leis de transferência e transformação de defeitos na interface entre o substrato e a camada epitaxial e o mecanismo de nucleação de defeitos constituem a base para o esclarecimento da correlação entre defeitos do substrato e defeitos estruturais epitaxiais, o que pode orientar eficazmente a triagem de substratos e a otimização do processo epitaxial.
Os defeitos decamadas epitaxiais de carboneto de silíciosão divididos principalmente em duas categorias: defeitos cristalinos e defeitos morfológicos de superfície. Defeitos cristalinos, incluindo defeitos pontuais, discordâncias em parafuso, defeitos de microtúbulos, discordâncias de borda, etc., originam-se principalmente de defeitos em substratos de SiC e se difundem na camada epitaxial. Defeitos morfológicos de superfície podem ser observados diretamente a olho nu usando um microscópio e apresentam características morfológicas típicas. Defeitos morfológicos de superfície incluem principalmente: Arranhão, Defeito Triangular, Defeito Cenoura, Queda e Partícula, conforme mostrado na Figura 4. Durante o processo epitaxial, partículas estranhas, defeitos no substrato, danos na superfície e desvios do processo epitaxial podem afetar o modo de crescimento do fluxo em etapas local, resultando em defeitos morfológicos de superfície.
Tabela 1. Causas para a formação de defeitos comuns de matriz e defeitos de morfologia de superfície em camadas epitaxiais de SiC
Defeitos pontuais
Defeitos pontuais são formados por lacunas ou lacunas em um único ponto da rede ou em vários pontos da rede, e não possuem extensão espacial. Defeitos pontuais podem ocorrer em todos os processos de produção, especialmente na implantação iônica. No entanto, são difíceis de detectar, e a relação entre a transformação de defeitos pontuais e outros defeitos também é bastante complexa.
Microtubos (MP)
Microtubos são discordâncias helicoidais ocas que se propagam ao longo do eixo de crescimento, com um vetor de Burgers <0001>. O diâmetro dos microtubos varia de uma fração de mícron a dezenas de mícrons. Os microtubos apresentam grandes características superficiais semelhantes a cavidades na superfície dos wafers de SiC. Tipicamente, a densidade dos microtubos é de cerca de 0,1 a 1 cm-2 e continua a diminuir no monitoramento da qualidade da produção de wafers comerciais.
Deslocamentos de parafuso (TSD) e deslocamentos de borda (TED)
Deslocamentos em SiC são a principal fonte de degradação e falha de dispositivos. Tanto os deslocamentos de parafuso (TSD) quanto os deslocamentos de borda (TED) ocorrem ao longo do eixo de crescimento, com vetores de Burgers de <0001> e 1/3<11–20>, respectivamente.
Tanto as discordâncias em parafuso (TSD) quanto as discordâncias de borda (TED) podem se estender do substrato até a superfície da pastilha e apresentar pequenas características superficiais semelhantes a cavidades (Figura 4b). Tipicamente, a densidade das discordâncias de borda é cerca de 10 vezes maior que a das discordâncias em parafuso. As discordâncias em parafuso estendidas, ou seja, que se estendem do substrato até a epicamada, também podem se transformar em outros defeitos e se propagar ao longo do eixo de crescimento.SiC epitaxialcrescimento, as discordâncias de parafuso são convertidas em falhas de empilhamento (FE) ou defeitos de cenoura, enquanto as discordâncias de borda em epicamadas são convertidas de discordâncias do plano basal (BPDs) herdadas do substrato durante o crescimento epitaxial.
Luxação básica do plano (BPD)
Localizados no plano basal do SiC, com um vetor de Burgers de 1/3 <11–20>. BPDs raramente aparecem na superfície de wafers de SiC. Geralmente, concentram-se no substrato com uma densidade de 1500 cm-2, enquanto sua densidade na epicamada é de apenas cerca de 10 cm-2. A detecção de BPDs por fotoluminescência (PL) mostra características lineares, como mostrado na Figura 4c. DuranteSiC epitaxialcrescimento, BPDs estendidos podem ser convertidos em falhas de empilhamento (SF) ou deslocamentos de borda (TED).
Falhas de empilhamento (FSs)
Defeitos na sequência de empilhamento do plano basal do SiC. Falhas de empilhamento podem surgir na camada epitaxial por meio da herança de SFs no substrato, ou estar relacionadas à extensão e transformação de discordâncias do plano basal (BPDs) e discordâncias em parafuso (TSDs). Geralmente, a densidade de SFs é menor que 1 cm-2 e exibem uma característica triangular quando detectadas por PL, como mostrado na Figura 4e. No entanto, vários tipos de falhas de empilhamento podem ser formados no SiC, como as do tipo Shockley e Frank, pois mesmo uma pequena quantidade de desordem de energia de empilhamento entre os planos pode levar a uma irregularidade considerável na sequência de empilhamento.
Queda
O defeito de queda se origina principalmente da queda de partículas nas paredes superior e lateral da câmara de reação durante o processo de crescimento, o que pode ser otimizado pela otimização do processo de manutenção periódica dos consumíveis de grafite da câmara de reação.
Defeito triangular
Trata-se de uma inclusão politípica de SiC-3C que se estende até a superfície da epicamada de SiC ao longo da direção do plano basal, como mostrado na Figura 4g. Pode ser gerada pela queda de partículas na superfície da epicamada de SiC durante o crescimento epitaxial. As partículas são incorporadas na epicamada e interferem no processo de crescimento, resultando em inclusões politípicas de SiC-3C, que apresentam características superficiais triangulares e de ângulo agudo, com as partículas localizadas nos vértices da região triangular. Muitos estudos também atribuíram a origem das inclusões politípicas a arranhões na superfície, microtubos e parâmetros inadequados do processo de crescimento.
Defeito de cenoura
Um defeito em forma de cenoura é um complexo de falhas de empilhamento com duas extremidades localizadas nos planos cristalinos basais TSD e SF, terminadas por uma discordância do tipo Frank, e o tamanho do defeito em forma de cenoura está relacionado à falha de empilhamento prismática. A combinação dessas características forma a morfologia da superfície do defeito em forma de cenoura, que se assemelha a uma cenoura com densidade inferior a 1 cm², como mostrado na Figura 4f. Defeitos em forma de cenoura são facilmente formados em arranhões de polimento, TSDs ou defeitos de substrato.
Arranhões
Arranhões são danos mecânicos na superfície dos wafers de SiC, formados durante o processo de produção, conforme mostrado na Figura 4h. Arranhões no substrato de SiC podem interferir no crescimento da epicamada, produzir uma série de deslocamentos de alta densidade dentro da epicamada ou podem se tornar a base para a formação de defeitos do tipo cenoura. Portanto, é fundamental polir adequadamente os wafers de SiC, pois esses arranhões podem ter um impacto significativo no desempenho do dispositivo quando aparecem na área ativa.
Outros defeitos de morfologia de superfície
O agrupamento em degraus é um defeito superficial formado durante o processo de crescimento epitaxial do SiC, que produz triângulos obtusos ou características trapezoidais na superfície da epicamada de SiC. Existem muitos outros defeitos superficiais, como cavidades, saliências e manchas. Esses defeitos são geralmente causados por processos de crescimento não otimizados e remoção incompleta dos danos causados pelo polimento, o que afeta negativamente o desempenho do dispositivo.
Horário da postagem: 05/06/2024