Tehnologia de bază pentru creștereaSiC epitaxialÎn primul rând, tehnologia de control al defectelor este cea a materialelor, în special pentru tehnologia de control al defectelor predispusă la defecțiuni ale dispozitivelor sau la degradarea fiabilității. Studiul mecanismului prin care defectele substratului se extind în stratul epitaxial în timpul procesului de creștere epitaxială, legile de transfer și transformare a defectelor la interfața dintre substrat și stratul epitaxial și mecanismul de nucleație al defectelor reprezintă baza pentru clarificarea corelației dintre defectele substratului și defectele structurale epitaxiale, ceea ce poate ghida eficient screening-ul substratului și optimizarea procesului epitaxial.
Defectele destraturi epitaxiale de carbură de siliciuDefectele de suprafață sunt împărțite în principal în două categorii: defecte cristaline și defecte de morfologie a suprafeței. Defectele cristaline, inclusiv defectele punctuale, dislocațiile șuruburilor, defectele microtubulilor, dislocațiile de margine etc., provin în mare parte din defectele substraturilor de SiC și difuzează în stratul epitaxial. Defectele de morfologie a suprafeței pot fi observate direct cu ochiul liber folosind un microscop și au caracteristici morfologice tipice. Defectele de morfologie a suprafeței includ în principal: zgârieturi, defecte triunghiulare, defecte de morcov, căderi și particule, așa cum se arată în Figura 4. În timpul procesului epitaxial, particulele străine, defectele substratului, deteriorarea suprafeței și abaterile procesului epitaxial pot afecta modul de creștere locală a fluxului în trepte, rezultând defecte de morfologie a suprafeței.
Tabelul 1. Cauzele formării defectelor matriceale comune și a defectelor morfologice de suprafață în straturile epitaxiale de SiC
Defecte punctuale
Defectele punctuale sunt formate din locuri vacante sau goluri într-un singur punct al rețelei sau în mai multe puncte ale rețelei și nu au extensie spațială. Defectele punctuale pot apărea în fiecare proces de producție, în special în implantarea ionilor. Cu toate acestea, sunt dificil de detectat, iar relația dintre transformarea defectelor punctuale și alte defecte este, de asemenea, destul de complexă.
Microțevi (MP)
Microtuburile sunt dislocații tubulare goale care se propagă de-a lungul axei de creștere, cu un vector Burgers <0001>. Diametrul microtuburilor variază de la o fracțiune de micron la zeci de microni. Microtuburile prezintă caracteristici de suprafață mari, asemănătoare unor gropi, pe suprafața napolitanelor de SiC. De obicei, densitatea microtuburilor este de aproximativ 0,1~1 cm-2 și continuă să scadă în monitorizarea calității producției comerciale de napolitane.
Luxații șurub (TSD) și luxații de margine (TED)
Dislocațiile din SiC sunt principala sursă de degradare și defecțiune a dispozitivelor. Atât dislocațiile șurubului (TSD), cât și dislocațiile muchiei (TED) se desfășoară de-a lungul axei de creștere, cu vectori Burgers de <0001> și respectiv 1/3<11–20>.
Atât dislocațiile șuruburilor (TSD), cât și dislocațiile de margine (TED) se pot extinde de la substrat la suprafața plachetei și pot prezenta mici caracteristici de suprafață asemănătoare unor gropi (Figura 4b). De obicei, densitatea dislocațiilor de margine este de aproximativ 10 ori mai mare decât cea a dislocațiilor șuruburilor. Dislocațiile șuruburilor extinse, adică cele care se extind de la substrat la stratul epidermic, se pot transforma și în alte defecte și se pot propaga de-a lungul axei de creștere. În timpul...SiC epitaxialÎn timpul creșterii, dislocațiile șuruburilor sunt convertite în defecte de stivuire (SF) sau defecte de morcov, în timp ce dislocațiile de margine din epistraturi se dovedește a fi convertite din dislocații ale planului bazal (BPD) moștenite de la substrat în timpul creșterii epitaxiale.
Dislocație plană de bază (BPD)
Situate pe planul bazal al SiC, cu un vector Burgers de 1/3 <11–20>. BPD-urile apar rareori pe suprafața napolitanelor de SiC. Acestea sunt de obicei concentrate pe substrat cu o densitate de 1500 cm-2, în timp ce densitatea lor în epistrat este de doar aproximativ 10 cm-2. Detectarea BPD-urilor folosind fotoluminescență (PL) prezintă caracteristici liniare, așa cum se arată în Figura 4c. În timpulSiC epitaxialcreșterea, BPD-urile extinse pot fi convertite în falii de stivuire (SF) sau dislocații de margine (TED).
Defecțiuni de stivuire (SF)
Defecte în secvența de stivuire a planului bazal al SiC. Defectele de stivuire pot apărea în stratul epitaxial prin moștenirea SF-urilor în substrat sau pot fi legate de extinderea și transformarea dislocațiilor planului bazal (BPD) și a dislocațiilor șuruburilor de filetare (TSD). În general, densitatea SF-urilor este mai mică de 1 cm-2 și prezintă o caracteristică triunghiulară atunci când sunt detectate folosind PL, așa cum se arată în Figura 4e. Cu toate acestea, în SiC se pot forma diverse tipuri de defecte de stivuire, cum ar fi tipul Shockley și tipul Frank, deoarece chiar și o cantitate mică de dezordine energetică de stivuire între plane poate duce la o neregularitate considerabilă în secvența de stivuire.
Căderea
Defectul de cădere provine în principal din căderea particulelor pe pereții superiori și laterali ai camerei de reacție în timpul procesului de creștere, care poate fi optimizat prin optimizarea procesului de întreținere periodică a consumabilelor de grafit ale camerei de reacție.
Defect triunghiular
Este o incluziune politip 3C-SiC care se extinde la suprafața stratului epilateral de SiC de-a lungul direcției planului bazal, așa cum se arată în Figura 4g. Aceasta poate fi generată de particulele care cad pe suprafața stratului epilateral de SiC în timpul creșterii epitaxiale. Particulele sunt încorporate în stratul epilateral și interferează cu procesul de creștere, rezultând incluziuni politip 3C-SiC, care prezintă caracteristici de suprafață triunghiulare cu unghiuri ascuțite, particulele fiind situate la vârfurile regiunii triunghiulare. Multe studii au atribuit, de asemenea, originea incluziunilor politip zgârieturilor de suprafață, microțevilor și parametrilor improprii ai procesului de creștere.
Defect de morcov
Un defect de tip morcov este un complex de falii de stivuire cu două capete situate la planurile cristaline bazale TSD și SF, terminat de o dislocație de tip Frank, iar dimensiunea defectului morcov este legată de falia prismatică de stivuire. Combinația acestor caracteristici formează morfologia de suprafață a defectului morcov, care arată ca o formă de morcov cu o densitate mai mică de 1 cm-2, așa cum se arată în Figura 4f. Defectele de tip morcov se formează ușor la zgârieturile de lustruire, TSD-urile sau defectele substratului.
Zgârieturi
Zgârieturile sunt deteriorări mecanice pe suprafața napolitanelor de SiC formate în timpul procesului de producție, așa cum se arată în Figura 4h. Zgârieturile de pe substratul de SiC pot interfera cu creșterea stratului epilater, pot produce un rând de dislocații cu densitate mare în interiorul stratului epilater sau pot deveni baza formării defectelor de tip carot. Prin urmare, este esențial să se lustruiască corect napolitanele de SiC, deoarece aceste zgârieturi pot avea un impact semnificativ asupra performanței dispozitivului atunci când apar în zona activă a acestuia.
Alte defecte morfologice ale suprafeței
Gruparea treptată este un defect de suprafață format în timpul procesului de creștere epitaxială a SiC, care produce triunghiuri obtuze sau caracteristici trapezoidale pe suprafața epistratului de SiC. Există multe alte defecte de suprafață, cum ar fi gropițe, denivelări și pete. Aceste defecte sunt de obicei cauzate de procese de creștere neoptimizate și de îndepărtarea incompletă a deteriorării cauzate de lustruire, ceea ce afectează negativ performanța dispozitivului.
Data publicării: 05 iunie 2024