Osnovna tehnologija za rastSiC epitaksialniMateriali so najprej tehnologija za nadzor napak, zlasti za tehnologijo za nadzor napak, ki je nagnjena k odpovedi naprave ali zmanjšanju zanesljivosti. Študija mehanizma napak substrata, ki se med procesom epitaksialne rasti raztezajo v epitaksialno plast, zakonov prenosa in transformacije napak na vmesniku med substratom in epitaksialno plastjo ter mehanizma nukleacije napak so osnova za razjasnitev korelacije med napakami substrata in epitaksialnimi strukturnimi napakami, kar lahko učinkovito vodi pri presejanju substrata in optimizaciji epitaksialnega procesa.
Napakeepitaksialne plasti silicijevega karbidaNapake v kristalih in napake v površinski morfologiji so v glavnem razdeljene v dve kategoriji: kristalne napake in napake v površinski morfologiji. Kristalne napake, vključno s točkovnimi napakami, vijačnimi dislokacijami, napakami mikrotubulov, robnimi dislokacijami itd., večinoma izvirajo iz napak na SiC substratih in difundirajo v epitaksialno plast. Napake v površinski morfologiji je mogoče neposredno opazovati s prostim očesom z mikroskopom in imajo tipične morfološke značilnosti. Napake v površinski morfologiji vključujejo predvsem: praske, trikotne napake, napake v obliki korenčka, padajoče delce in delce, kot je prikazano na sliki 4. Med epitaksialnim postopkom lahko tuji delci, napake substrata, površinske poškodbe in odstopanja epitaksialnega procesa vplivajo na lokalni način rasti stopničastega toka, kar povzroči napake v površinski morfologiji.
Tabela 1. Vzroki za nastanek pogostih matričnih napak in napak površinske morfologije v epitaksialnih plasteh SiC
Točkovne napake
Točkovne napake nastanejo zaradi praznih mest ali vrzeli v eni sami mrežni točki ali več mrežnih točkah in nimajo prostorske razsežnosti. Točkovne napake se lahko pojavijo v vsakem proizvodnem procesu, zlasti pri ionski implantaciji. Vendar jih je težko zaznati, razmerje med transformacijo točkovnih napak in drugimi napakami pa je prav tako precej zapleteno.
Mikrocevi (MP)
Mikrocevke so votle vijačne dislokacije, ki se širijo vzdolž rastne osi z Burgersovim vektorjem <0001>. Premer mikrocevk se giblje od delčka mikrona do več deset mikronov. Mikrocevke kažejo velike jamkaste površinske značilnosti na površini SiC rezin. Običajno je gostota mikrocevk približno 0,1~1 cm-2 in se pri spremljanju kakovosti komercialne proizvodnje rezin še naprej zmanjšuje.
Vijačne dislokacije (TSD) in robne dislokacije (TED)
Dislokacije v SiC so glavni vir degradacije in odpovedi naprav. Tako vijačne dislokacije (TSD) kot robne dislokacije (TED) potekajo vzdolž rastne osi, z Burgersovimi vektorji <0001> oziroma 1/3<11–20>.
Tako vijačne dislokacije (TSD) kot robne dislokacije (TED) se lahko raztezajo od substrata do površine rezine in ustvarijo majhne jamice podobne površinske značilnosti (slika 4b). Običajno je gostota robnih dislokacij približno 10-krat večja od gostote vijačnih dislokacij. Razširjene vijačne dislokacije, ki segajo od substrata do epilayerja, se lahko spremenijo tudi v druge napake in se širijo vzdolž osi rasti. MedSiC epitaksialniMed epitaksialno rastjo se vijačne dislokacije pretvorijo v zlagalne napake (SF) ali korenčkove napake, medtem ko se robne dislokacije v epiplasteh pretvorijo iz dislokacij bazalnih ravnin (BPD), podedovanih od substrata med epitaksialno rastjo.
Osnovna ravninska dislokacija (BPD)
Nahaja se na bazalni ravnini SiC, z Burgersovim vektorjem 1/3 <11–20>. BPD-ji se redko pojavljajo na površini SiC rezin. Običajno so koncentrirani na substratu z gostoto 1500 cm-2, medtem ko je njihova gostota v epilayeru le približno 10 cm-2. Detekcija BPD-jev z uporabo fotoluminiscence (PL) kaže linearne značilnosti, kot je prikazano na sliki 4c. MedSiC epitaksialnirast se lahko razširjene BPD pretvorijo v zlagalne napake (SF) ali robne dislokacije (TED).
Napake zlaganja (SF)
Napake v zaporedju zlaganja bazalne ravnine SiC. Napake zlaganja se lahko pojavijo v epitaksialni plasti z dedovanjem SF-jev v substratu ali pa so povezane z raztezanjem in transformacijo dislokacij bazalne ravnine (BPD) in dislokacij navojnih vijakov (TSD). Na splošno je gostota SF-jev manjša od 1 cm-2 in pri zaznavanju z uporabo PL kažejo trikotno značilnost, kot je prikazano na sliki 4e. Vendar pa se v SiC lahko tvorijo različne vrste napak zlaganja, kot sta Shockleyjev tip in Frankov tip, saj lahko že majhna količina motnje energije zlaganja med ravninami povzroči znatno nepravilnost v zaporedju zlaganja.
Padec
Napaka padanja izvira predvsem iz padca delcev na zgornje in stranske stene reakcijske komore med procesom rasti, kar je mogoče optimizirati z optimizacijo procesa periodičnega vzdrževanja grafitnih potrošnih materialov reakcijske komore.
Trikotna napaka
Gre za vključek politipa 3C-SiC, ki se razteza do površine epilayera SiC vzdolž smeri bazalne ravnine, kot je prikazano na sliki 4g. Lahko ga ustvarijo padajoči delci na površino epilayera SiC med epitaksialno rastjo. Delci so vdelani v epilayer in motijo proces rasti, kar ima za posledico vključke politipa 3C-SiC, ki kažejo ostrokotne trikotne površinske značilnosti z delci, ki se nahajajo v ogliščih trikotnega območja. Številne študije so izvor vključkov politipa pripisale tudi površinskim praskam, mikrocevkam in neustreznim parametrom procesa rasti.
Napaka korenja
Napaka korenčka je kompleks zložljivih napak z dvema koncema, ki se nahajata na bazalnih kristalnih ravninah TSD in SF, ki se konča z dislokacijo Frankovega tipa, velikost napake korenčka pa je povezana s prizmatsko zložljivo napako. Kombinacija teh značilnosti tvori površinsko morfologijo napake korenčka, ki je videti kot korenček z gostoto manjšo od 1 cm-2, kot je prikazano na sliki 4f. Napake korenčka zlahka nastanejo pri poliranju prask, TSD ali napak substrata.
Praske
Praske so mehanske poškodbe na površini SiC rezin, ki nastanejo med proizvodnim procesom, kot je prikazano na sliki 4h. Praske na SiC substratu lahko ovirajo rast epilaterja, povzročijo vrsto dislokacij visoke gostote znotraj epilaterja ali pa postanejo osnova za nastanek korenčkovih napak. Zato je ključnega pomena, da SiC rezine pravilno polirate, saj lahko te praske pomembno vplivajo na delovanje naprave, ko se pojavijo v aktivnem območju naprave.
Druge površinske morfološke napake
Stopničasto združevanje je površinska napaka, ki nastane med epitaksialnim procesom rasti SiC in na površini epilayerja SiC ustvari topove trikotnike ali trapezoidne značilnosti. Obstaja še veliko drugih površinskih napak, kot so površinske jamice, izbokline in madeži. Te napake običajno povzročijo neoptimizirani procesi rasti in nepopolna odstranitev poškodb zaradi poliranja, kar negativno vpliva na delovanje naprave.
Čas objave: 5. junij 2024