Kärntekniken för tillväxten avEpitaxial SiCMaterial är först och främst defektkontrollteknik, särskilt för defektkontrollteknik som är benägen att ha komponentfel eller försämrad tillförlitlighet. Studiet av mekanismen för substratdefekter som sträcker sig in i det epitaxiella skiktet under den epitaxiella tillväxtprocessen, överförings- och transformationslagarna för defekter vid gränssnittet mellan substratet och det epitaxiella skiktet, och kärnbildningsmekanismen för defekter är grunden för att klargöra korrelationen mellan substratdefekter och epitaxiella strukturdefekter, vilket effektivt kan vägleda substratscreening och optimering av epitaxiella processer.
Defekterna hosepitaxiella skikt av kiselkarbiddelas huvudsakligen in i två kategorier: kristalldefekter och ytmorfologiska defekter. Kristalldefekter, inklusive punktdefekter, skruvdislokationer, mikrotubulidefekter, kantdislokationer etc., härrör oftast från defekter på SiC-substrat och diffunderar in i det epitaxiella lagret. Ytmorfologiska defekter kan observeras direkt med blotta ögat med hjälp av ett mikroskop och har typiska morfologiska egenskaper. Ytmorfologiska defekter inkluderar huvudsakligen: repor, triangulära defekter, morotsdefekter, fall och partiklar, såsom visas i figur 4. Under den epitaxiella processen kan främmande partiklar, substratdefekter, ytskador och avvikelser i den epitaxiella processen alla påverka det lokala stegflödestillväxtläget, vilket resulterar i ytmorfologiska defekter.
Tabell 1. Orsaker till bildandet av vanliga matrisdefekter och ytmorfologiska defekter i epitaxiella skikt av SiC
Punktfel
Punktdefekter bildas av tomrum eller mellanrum vid en enda gitterpunkt eller flera gitterpunkter, och de har ingen rumslig utbredning. Punktdefekter kan förekomma i alla produktionsprocesser, särskilt vid jonimplantation. De är dock svåra att upptäcka, och förhållandet mellan transformationen av punktdefekter och andra defekter är också ganska komplext.
Mikrorör (MP)
Mikrorör är ihåliga skruvdislokationer som fortplantar sig längs tillväxtaxeln, med en Burgers-vektor <0001>. Diametern på mikrorör varierar från en bråkdel av en mikron till tiotals mikron. Mikrorör uppvisar stora gropliknande ytstrukturer på ytan av SiC-wafers. Vanligtvis är mikrorörens densitet cirka 0,1~1 cm-2 och fortsätter att minska vid övervakning av kommersiell waferproduktionskvalitet.
Skruvdislokationer (TSD) och kantdislokationer (TED)
Dislokationer i SiC är den främsta källan till komponentnedbrytning och fel. Både skruvdislokationer (TSD) och kantdislokationer (TED) löper längs tillväxtaxeln, med Burgers-vektorer på <0001> respektive 1/3 <11–20>.
Både skruvdislokationer (TSD) och kantdislokationer (TED) kan sträcka sig från substratet till waferns yta och ge upphov till små gropliknande ytstrukturer (Figur 4b). Vanligtvis är tätheten av kantdislokationer cirka 10 gånger högre än för skruvdislokationer. Utsträckta skruvdislokationer, det vill säga de som sträcker sig från substratet till epilagret, kan också omvandlas till andra defekter och fortplanta sig längs tillväxtaxeln. Under ...Epitaxial SiCtillväxt omvandlas skruvdislokationer till staplingsfel (SF) eller morotsdefekter, medan kantdislokationer i epilager visas omvandlas från basalplandislokationer (BPD) som ärvs från substratet under epitaxiell tillväxt.
Grundläggande plandislokation (BPD)
Belägna på SiC-basplanet, med en Burgers-vektor på 1/3 <11–20>. BPD:er uppträder sällan på ytan av SiC-wafers. De är vanligtvis koncentrerade på substratet med en densitet på 1500 cm⁻², medan deras densitet i epilagret endast är cirka 10 cm⁻². Detektion av BPD:er med hjälp av fotoluminescens (PL) visar linjära egenskaper, som visas i figur 4c. UnderEpitaxial SiCtillväxt kan utökade BPD:er omvandlas till staplingsförkastningar (SF) eller kantdislokationer (TED).
Staplingsfel (SF)
Defekter i staplingssekvensen för SiC-basplanet. Staplingsfel kan uppstå i det epitaxiella lagret genom att ärva SF:er i substratet, eller vara relaterade till utvidgningen och transformationen av basalplansdislokationer (BPD) och gängskruvdislokationer (TSD). Generellt sett är densiteten för SF:er mindre än 1 cm⁻², och de uppvisar en triangulär form när de detekteras med PL, såsom visas i figur 4e. Emellertid kan olika typer av staplingsfel bildas i SiC, såsom Shockley-typ och Frank-typ, eftersom även en liten mängd staplingsenergioordning mellan plan kan leda till en avsevärd oregelbundenhet i staplingssekvensen.
Undergång
Nedfallsdefekten härrör huvudsakligen från partikelfall på reaktionskammarens övre och sidoväggar under tillväxtprocessen, vilket kan optimeras genom att optimera det periodiska underhållet av reaktionskammarens grafitförbrukningsartiklar.
Triangulär defekt
Det är en 3C-SiC-polytypinneslutning som sträcker sig till ytan av SiC-epilagret längs basalplanets riktning, såsom visas i figur 4g. Den kan genereras av fallande partiklar på ytan av SiC-epilagret under epitaxiell tillväxt. Partiklarna är inbäddade i epilagret och stör tillväxtprocessen, vilket resulterar i 3C-SiC-polytypinneslutningar, som uppvisar skarpt vinklade triangulära ytegenskaper med partiklarna belägna vid hörnen av den triangulära regionen. Många studier har också tillskrivit ursprunget till polytypinneslutningar till ytrepor, mikrorör och felaktiga parametrar i tillväxtprocessen.
Morotsdefekt
En morotsdefekt är ett staplingsförkastningskomplex med två ändar belägna vid TSD- och SF-basalkristallplanen, avslutade med en Frank-typdislokation, och morotsdefektens storlek är relaterad till den prismatiska staplingsförkastningen. Kombinationen av dessa egenskaper bildar morotsdefektens ytmorfologi, som ser ut som en morot med en densitet mindre än 1 cm-2, såsom visas i figur 4f. Morotsdefekter bildas lätt vid poleringsrepor, TSD:er eller substratdefekter.
Repor
Repor är mekaniska skador på ytan av SiC-skivor som bildas under produktionsprocessen, såsom visas i figur 4h. Repor på SiC-substratet kan störa epilagrets tillväxt, producera en rad högdensitetsförskjutningar i epilagret, eller repor kan bli grunden för bildandet av morotsdefekter. Därför är det avgörande att polera SiC-skivor ordentligt eftersom dessa repor kan ha en betydande inverkan på enhetens prestanda när de uppstår i enhetens aktiva område.
Andra ytmorfologiska defekter
Stegvis knippning är en ytdefekt som bildas under SiC:s epitaxiella tillväxtprocess, vilket producerar trubbiga trianglar eller trapetsformade mönster på ytan av SiC-epilagret. Det finns många andra ytdefekter, såsom ytgropar, bulor och fläckar. Dessa defekter orsakas vanligtvis av ooptimerade tillväxtprocesser och ofullständig borttagning av poleringsskador, vilket negativt påverkar enhetens prestanda.
Publiceringstid: 5 juni 2024