Základná technológia pre rastSiC epitaxnýMateriály sú v prvom rade technológiou kontroly defektov, najmä pre technológiu kontroly defektov, ktorá je náchylná na zlyhanie zariadenia alebo zníženie spoľahlivosti. Štúdium mechanizmu defektov substrátu, ktoré sa počas procesu epitaxného rastu rozširujú do epitaxnej vrstvy, zákony prenosu a transformácie defektov na rozhraní medzi substrátom a epitaxnou vrstvou a mechanizmus nukleácie defektov sú základom pre objasnenie korelácie medzi defektmi substrátu a epitaxnými štrukturálnymi defektmi, čo môže účinne usmerňovať skríning substrátu a optimalizáciu epitaxného procesu.
Vadyepitaxné vrstvy karbidu kremíkasa delia hlavne do dvoch kategórií: kryštálové defekty a defekty povrchovej morfológie. Kryštálové defekty, vrátane bodových defektov, skrutkových dislokácií, defektov mikrotubulov, okrajových dislokácií atď., väčšinou pochádzajú z defektov na substrátoch SiC a difundujú do epitaxnej vrstvy. Defekty povrchovej morfológie možno priamo pozorovať voľným okom pomocou mikroskopu a majú typické morfologické charakteristiky. Medzi defekty povrchovej morfológie patria najmä: škrabance, trojuholníkové defekty, defekty v tvare mrkvy, pády a častice, ako je znázornené na obrázku 4. Počas epitaxného procesu môžu cudzie častice, defekty substrátu, poškodenie povrchu a odchýlky epitaxného procesu ovplyvniť lokálny režim rastu stupňovitého toku, čo vedie k defektom povrchovej morfológie.
Tabuľka 1. Príčiny vzniku bežných defektov matrice a defektov povrchovej morfológie v epitaxných vrstvách SiC
Bodové chyby
Bodové defekty sú tvorené vakanciami alebo medzerami v jednom alebo viacerých mriežkových bodoch a nemajú priestorové rozšírenie. Bodové defekty sa môžu vyskytnúť v každom výrobnom procese, najmä pri iónovej implantácii. Je však ťažké ich zistiť a vzťah medzi transformáciou bodových defektov a inými defektmi je tiež dosť zložitý.
Mikrotrubice (MP)
Mikrotrubice sú duté skrutkovité dislokácie, ktoré sa šíria pozdĺž osi rastu s Burgersovým vektorom <0001>. Priemer mikrotrubičiek sa pohybuje od zlomku mikrónu do desiatok mikrónov. Mikrotrubičky vykazujú na povrchu SiC doštičiek veľké jamkovité povrchové útvary. Hustota mikrotrubičiek je typicky približne 0,1~1 cm-2 a pri monitorovaní kvality komerčnej výroby doštičiek sa neustále znižuje.
Skrutkové dislokácie (TSD) a okrajové dislokácie (TED)
Dislokácie v SiC sú hlavným zdrojom degradácie a zlyhania zariadení. Skrutkové dislokácie (TSD) aj okrajové dislokácie (TED) prebiehajú pozdĺž rastovej osi s Burgersovými vektormi <0001> a 1/3<11–20>.
Skrutkové dislokácie (TSD) aj okrajové dislokácie (TED) sa môžu rozprestierať od substrátu k povrchu doštičky a vytvárať malé jamkovité povrchové útvary (obrázok 4b). Hustota okrajových dislokácií je typicky približne 10-krát väčšia ako hustota skrutkových dislokácií. Rozšírené skrutkové dislokácie, teda tie, ktoré sa rozprestierajú od substrátu k epilate, sa môžu tiež transformovať na iné defekty a šíriť sa pozdĺž osi rastu. PočasSiC epitaxnýrastu sa skrutkové dislokácie premieňajú na stohovacie chyby (SF) alebo mrkvové defekty, zatiaľ čo okrajové dislokácie v epivrstvách sa premieňajú z dislokácií bazálnej roviny (BPD) zdedených zo substrátu počas epitaxného rastu.
Základná rovinná dislokácia (BPD)
Nachádzajú sa na bazálnej rovine SiC s Burgersovým vektorom 1/3 <11–20>. BPD sa zriedkavo objavujú na povrchu SiC doštičiek. Zvyčajne sú koncentrované na substráte s hustotou 1500 cm-2, zatiaľ čo ich hustota v epilayer je len okolo 10 cm-2. Detekcia BPD pomocou fotoluminiscencie (PL) vykazuje lineárne znaky, ako je znázornené na obrázku 4c. PočasSiC epitaxnýrastu sa predĺžené BPD môžu premeniť na skladacie chyby (SF) alebo okrajové dislokácie (TED).
Stohovacie chyby (SF)
Defekty v postupnosti stohovania bazálnej roviny SiC. Chyby stohovania sa môžu objaviť v epitaxnej vrstve zdedením SF v substráte alebo môžu súvisieť s predĺžením a transformáciou dislokácií bazálnej roviny (BPD) a dislokácií závitových skrutiek (TSD). Hustota SF je vo všeobecnosti menšia ako 1 cm-2 a pri detekcii pomocou PL vykazujú trojuholníkový tvar, ako je znázornené na obrázku 4e. V SiC sa však môžu vytvoriť rôzne typy chýb stohovania, ako napríklad Shockleyho typ a Frankov typ, pretože aj malé množstvo poruchy energie stohovania medzi rovinami môže viesť k značnej nepravidelnosti v postupnosti stohovania.
Pád
Defekt padania vzniká hlavne z kvapky častíc na horných a bočných stenách reakčnej komory počas procesu rastu, čo je možné optimalizovať optimalizáciou procesu pravidelnej údržby grafitových spotrebných materiálov reakčnej komory.
Trojuholníková chyba
Ide o inklúziu polytypu 3C-SiC, ktorá sa rozprestiera na povrchu epilačnej vrstvy SiC pozdĺž smeru bazálnej roviny, ako je znázornené na obrázku 4g. Môže byť vytvorená padajúcimi časticami na povrch epilačnej vrstvy SiC počas epitaxného rastu. Častice sú zabudované do epilačnej vrstvy a narúšajú proces rastu, čo vedie k inklúziám polytypu 3C-SiC, ktoré vykazujú ostrouhlé trojuholníkové povrchové prvky s časticami umiestnenými vo vrcholoch trojuholníkovej oblasti. Mnohé štúdie tiež pripisujú pôvod inklúzií polytypu povrchovým škrabancom, mikrotrubiciam a nevhodným parametrom procesu rastu.
Chyba mrkvy
Defekt mrkvy je komplex stohovacích chýb s dvoma koncami nachádzajúcimi sa v bazálnych kryštálových rovinách TSD a SF, ukončený dislokáciou Frankovho typu, pričom veľkosť defektu mrkvy súvisí s prizmatickým stohovacím zlomom. Kombinácia týchto znakov tvorí povrchovú morfológiu defektu mrkvy, ktorý vyzerá ako mrkvový tvar s hustotou menšou ako 1 cm-2, ako je znázornené na obrázku 4f. Defekty mrkvy sa ľahko tvoria pri leštení škrabancov, TSD alebo defektov substrátu.
Škrabance
Škrabance sú mechanické poškodenia na povrchu SiC doštičiek, ktoré vznikajú počas výrobného procesu, ako je znázornené na obrázku 4h. Škrabance na SiC substráte môžu narúšať rast epilačnej vrstvy, vytvárať rad dislokácií s vysokou hustotou v epilačnej vrstve alebo sa môžu stať základom pre vznik mrkvových defektov. Preto je dôležité SiC doštičky správne leštiť, pretože tieto škrabance môžu mať významný vplyv na výkon zariadenia, keď sa objavia v aktívnej oblasti zariadenia.
Iné defekty povrchovej morfológie
Stupňovité zhlukovanie je povrchová chyba vytvorená počas procesu epitaxného rastu SiC, ktorá na povrchu epilačnej vrstvy SiC vytvára tupé trojuholníky alebo lichobežníkové útvary. Existuje mnoho ďalších povrchových defektov, ako sú povrchové jamky, hrbole a škvrny. Tieto defekty sú zvyčajne spôsobené neoptimalizovanými rastovými procesmi a neúplným odstránením poškodenia leštením, čo nepriaznivo ovplyvňuje výkon zariadenia.
Čas uverejnenia: 5. júna 2024