సిలికాన్ కార్బైడ్ ఎపిటాక్సియల్ పొర యొక్క లోపాలు ఏమిటి?

వృద్ధికి కీలక సాంకేతికతSiC ఎపిటాక్సియల్పదార్థాల లోప నియంత్రణ సాంకేతికతలో ఇది ప్రధానమైనది, ముఖ్యంగా పరికర వైఫల్యం లేదా విశ్వసనీయత క్షీణతకు దారితీసే లోప నియంత్రణ సాంకేతికతకు ఇది చాలా ముఖ్యం. ఎపిటాక్సియల్ వృద్ధి ప్రక్రియలో సబ్‌స్ట్రేట్ లోపాలు ఎపిటాక్సియల్ పొరలోకి విస్తరించే విధానం, సబ్‌స్ట్రేట్ మరియు ఎపిటాక్సియల్ పొర మధ్య అంతరంలో లోపాల బదిలీ మరియు రూపాంతర నియమాలు, మరియు లోపాల కేంద్రక విధానం వంటి వాటి అధ్యయనం, సబ్‌స్ట్రేట్ లోపాలు మరియు ఎపిటాక్సియల్ నిర్మాణ లోపాల మధ్య సంబంధాన్ని స్పష్టం చేయడానికి ఆధారం. ఇది సబ్‌స్ట్రేట్ స్క్రీనింగ్ మరియు ఎపిటాక్సియల్ ప్రక్రియ ఆప్టిమైజేషన్‌కు సమర్థవంతంగా మార్గనిర్దేశం చేయగలదు.

లోపాలుసిలికాన్ కార్బైడ్ ఎపిటాక్సియల్ పొరలుప్రధానంగా రెండు వర్గాలుగా విభజించబడ్డాయి: స్ఫటిక లోపాలు మరియు ఉపరితల స్వరూప లోపాలు. పాయింట్ లోపాలు, స్క్రూ డిస్లోకేషన్లు, మైక్రోట్యూబ్యూల్ లోపాలు, ఎడ్జ్ డిస్లోకేషన్లు మొదలైన స్ఫటిక లోపాలు ఎక్కువగా SiC సబ్‌స్ట్రేట్‌లపై ఉన్న లోపాల నుండి ఉద్భవించి, ఎపిటాక్సియల్ పొరలోకి వ్యాపిస్తాయి. ఉపరితల స్వరూప లోపాలను మైక్రోస్కోప్ ఉపయోగించి నేరుగా కంటితో చూడవచ్చు మరియు అవి విలక్షణమైన స్వరూప లక్షణాలను కలిగి ఉంటాయి. ఉపరితల స్వరూప లోపాలలో ప్రధానంగా ఇవి ఉంటాయి: గీత, త్రిభుజాకార లోపం, క్యారెట్ లోపం, పతనం మరియు కణం, ఇవి పటం 4లో చూపబడ్డాయి. ఎపిటాక్సియల్ ప్రక్రియ సమయంలో, బాహ్య కణాలు, సబ్‌స్ట్రేట్ లోపాలు, ఉపరితల నష్టం మరియు ఎపిటాక్సియల్ ప్రక్రియ విచలనాలు అన్నీ స్థానిక స్టెప్ ఫ్లో పెరుగుదల విధానాన్ని ప్రభావితం చేసి, ఉపరితల స్వరూప లోపాలకు దారితీయవచ్చు.

పట్టిక 1. SiC ఎపిటాక్సియల్ పొరలలో సాధారణ మాతృక లోపాలు మరియు ఉపరితల స్వరూప లోపాలు ఏర్పడటానికి గల కారణాలు

 

పాయింట్ లోపాలు

బిందు లోపాలు ఒకే లాటిస్ బిందువు వద్ద లేదా అనేక లాటిస్ బిందువుల వద్ద ఖాళీలు లేదా అంతరాల వల్ల ఏర్పడతాయి, మరియు వీటికి ప్రాదేశిక విస్తరణ ఉండదు. ప్రతి ఉత్పత్తి ప్రక్రియలో, ముఖ్యంగా అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్‌లో బిందు లోపాలు సంభవించవచ్చు. అయితే, వీటిని గుర్తించడం కష్టం, మరియు బిందు లోపాల పరివర్తనకు, ఇతర లోపాల పరివర్తనకు మధ్య ఉన్న సంబంధం కూడా చాలా సంక్లిష్టంగా ఉంటుంది.

 

మైక్రోపైపులు (MP)

మైక్రోపైప్‌లు అనేవి పెరుగుదల అక్షం వెంబడి వ్యాపించే బోలు స్క్రూ డిస్‌లొకేషన్‌లు, వీటి బర్గర్స్ వెక్టర్ <0001>గా ఉంటుంది. మైక్రోట్యూబ్‌ల వ్యాసం ఒక మైక్రాన్‌లో కొంత భాగం నుండి పదుల మైక్రాన్‌ల వరకు ఉంటుంది. మైక్రోట్యూబ్‌లు SiC వేఫర్‌ల ఉపరితలంపై పెద్ద గుంటల వంటి ఉపరితల లక్షణాలను చూపుతాయి. సాధారణంగా, మైక్రోట్యూబ్‌ల సాంద్రత సుమారు 0.1~1cm-2 ఉంటుంది మరియు వాణిజ్య వేఫర్ ఉత్పత్తి నాణ్యత పర్యవేక్షణలో ఇది తగ్గుతూనే ఉంటుంది.

 

స్క్రూ డిస్లోకేషన్లు (TSD) మరియు ఎడ్జ్ డిస్లోకేషన్లు (TED)

SiC లోని డిస్లోకేషన్లు పరికరాల క్షీణత మరియు వైఫల్యానికి ప్రధాన కారణం. స్క్రూ డిస్లోకేషన్లు (TSD) మరియు ఎడ్జ్ డిస్లోకేషన్లు (TED) రెండూ పెరుగుదల అక్షం వెంబడి ఉంటాయి, వాటి బర్గర్స్ వెక్టర్లు వరుసగా <0001> మరియు 1/3<11–20> గా ఉంటాయి.

స్క్రూ డిస్లోకేషన్లు (TSD) మరియు ఎడ్జ్ డిస్లోకేషన్లు (TED) రెండూ సబ్‌స్ట్రేట్ నుండి వేఫర్ ఉపరితలం వరకు విస్తరించి, చిన్న గుంతల వంటి ఉపరితల లక్షణాలను కలిగిస్తాయి (చిత్రం 4b). సాధారణంగా, ఎడ్జ్ డిస్లోకేషన్ల సాంద్రత స్క్రూ డిస్లోకేషన్ల కంటే సుమారు 10 రెట్లు ఎక్కువగా ఉంటుంది. విస్తరించిన స్క్రూ డిస్లోకేషన్లు, అంటే సబ్‌స్ట్రేట్ నుండి ఎపిలేయర్ వరకు విస్తరించినవి, ఇతర లోపాలుగా కూడా రూపాంతరం చెంది, పెరుగుదల అక్షం వెంబడి వ్యాపించవచ్చు.SiC ఎపిటాక్సియల్పెరుగుదల సమయంలో, స్క్రూ డిస్లోకేషన్లు స్టాకింగ్ ఫాల్ట్స్ (SF) లేదా క్యారెట్ లోపాలుగా మార్చబడతాయి, అయితే ఎపిటాక్సియల్ పెరుగుదల సమయంలో సబ్‌స్ట్రేట్ నుండి సంక్రమించిన బేసల్ ప్లేన్ డిస్లోకేషన్ల (BPDలు) నుండి ఎపిలేయర్‌లలోని ఎడ్జ్ డిస్లోకేషన్లు మార్చబడతాయని చూపబడింది.

 

ప్రాథమిక సమతల స్థానభ్రంశం (BPD)

SiC ఆధార తలంపై, 1/3 <11–20> బర్గర్స్ వెక్టర్‌తో ఉన్న BPDలు SiC వేఫర్‌ల ఉపరితలంపై అరుదుగా కనిపిస్తాయి. అవి సాధారణంగా సబ్‌స్ట్రేట్‌పై 1500 cm-2 సాంద్రతతో కేంద్రీకృతమై ఉంటాయి, అయితే ఎపిలేయర్‌లో వాటి సాంద్రత కేవలం 10 cm-2 మాత్రమే ఉంటుంది. ఫోటోల్యూమినిసెన్స్ (PL) ఉపయోగించి BPDలను గుర్తించడం, చిత్రం 4cలో చూపిన విధంగా సరళ లక్షణాలను చూపుతుంది.SiC ఎపిటాక్సియల్పెరుగుదల, విస్తరించిన BPDలు స్టాకింగ్ ఫాల్ట్స్ (SF) లేదా ఎడ్జ్ డిస్లోకేషన్స్ (TED) గా మార్చబడవచ్చు.

 

స్టాకింగ్ ఫాల్ట్స్ (SFలు)

SiC ఆధార తలం యొక్క స్టాకింగ్ క్రమంలో లోపాలు. సబ్‌స్ట్రేట్‌లోని SFలను వారసత్వంగా పొందడం ద్వారా, లేదా ఆధార తలం డిస్‌లొకేషన్‌లు (BPDలు) మరియు థ్రెడింగ్ స్క్రూ డిస్‌లొకేషన్‌లు (TSDలు) యొక్క విస్తరణ మరియు పరివర్తనకు సంబంధించి ఎపిటాక్సియల్ పొరలో స్టాకింగ్ లోపాలు కనిపించవచ్చు. సాధారణంగా, SFల సాంద్రత 1 cm-2 కంటే తక్కువగా ఉంటుంది, మరియు PL ఉపయోగించి గుర్తించినప్పుడు అవి త్రిభుజాకార రూపాన్ని ప్రదర్శిస్తాయి, ఇది పటం 4eలో చూపబడింది. అయితే, SiCలో షాక్లీ రకం మరియు ఫ్రాంక్ రకం వంటి వివిధ రకాల స్టాకింగ్ లోపాలు ఏర్పడవచ్చు, ఎందుకంటే తలాల మధ్య కొద్దిపాటి స్టాకింగ్ శక్తి క్రమరాహిత్యం కూడా స్టాకింగ్ క్రమంలో గణనీయమైన క్రమరాహిత్యానికి దారితీస్తుంది.

 

పతనం

వృద్ధి ప్రక్రియ సమయంలో రియాక్షన్ ఛాంబర్ యొక్క పై మరియు ప్రక్క గోడలపై కణాలు పడిపోవడం వలన ప్రధానంగా ఈ లోపం ఏర్పడుతుంది, రియాక్షన్ ఛాంబర్ గ్రాఫైట్ వినియోగ వస్తువుల ఆవర్తన నిర్వహణ ప్రక్రియను మెరుగుపరచడం ద్వారా దీనిని నివారించవచ్చు.

 

త్రిభుజాకార లోపం

ఇది ఒక 3C-SiC పాలిటైప్ ఇన్‌క్లూజన్, ఇది చిత్రం 4gలో చూపిన విధంగా బేసల్ ప్లేన్ దిశలో SiC ఎపిలేయర్ ఉపరితలం వరకు విస్తరించి ఉంటుంది. ఎపిటాక్సియల్ పెరుగుదల సమయంలో SiC ఎపిలేయర్ ఉపరితలంపై పడే కణాల వల్ల ఇది ఏర్పడవచ్చు. ఈ కణాలు ఎపిలేయర్‌లో ఇమిడిపోయి, పెరుగుదల ప్రక్రియకు ఆటంకం కలిగిస్తాయి. దీని ఫలితంగా 3C-SiC పాలిటైప్ ఇన్‌క్లూజన్‌లు ఏర్పడతాయి, ఇవి త్రిభుజాకార ప్రాంతం యొక్క శీర్షాల వద్ద కణాలు ఉన్న పదునైన కోణాలతో కూడిన త్రిభుజాకార ఉపరితల లక్షణాలను చూపుతాయి. అనేక అధ్యయనాలు పాలిటైప్ ఇన్‌క్లూజన్‌ల ఆవిర్భావానికి ఉపరితల గీతలు, మైక్రోపైప్‌లు మరియు పెరుగుదల ప్రక్రియ యొక్క సరికాని పారామితులను కూడా కారణంగా పేర్కొన్నాయి.

 

క్యారెట్ లోపం

క్యారెట్ లోపం అనేది ఒక స్టాకింగ్ ఫాల్ట్ కాంప్లెక్స్, దీని రెండు చివరలు TSD మరియు SF బేసల్ క్రిస్టల్ ప్లేన్‌ల వద్ద ఉంటాయి, ఇది ఒక ఫ్రాంక్-రకం డిస్లోకేషన్‌తో ముగుస్తుంది, మరియు క్యారెట్ లోపం యొక్క పరిమాణం ప్రిస్మాటిక్ స్టాకింగ్ ఫాల్ట్‌కు సంబంధించి ఉంటుంది. ఈ లక్షణాల కలయిక క్యారెట్ లోపం యొక్క ఉపరితల స్వరూపాన్ని ఏర్పరుస్తుంది, ఇది 1 cm-2 కంటే తక్కువ సాంద్రతతో క్యారెట్ ఆకారంలో కనిపిస్తుంది, ఇది చిత్రం 4fలో చూపబడింది. పాలిషింగ్ గీతలు, TSDలు లేదా సబ్‌స్ట్రేట్ లోపాల వద్ద క్యారెట్ లోపాలు సులభంగా ఏర్పడతాయి.

 

గీతలు

చిత్రం 4hలో చూపిన విధంగా, ఉత్పత్తి ప్రక్రియలో SiC వేఫర్‌ల ఉపరితలంపై ఏర్పడే యాంత్రిక నష్టాలనే గీతలు అంటారు. SiC సబ్‌స్ట్రేట్‌పై ఉన్న గీతలు ఎపిలేయర్ పెరుగుదలకు ఆటంకం కలిగించవచ్చు, ఎపిలేయర్‌లో అధిక సాంద్రత గల డిస్‌లొకేషన్‌ల వరుసను ఏర్పరచవచ్చు, లేదా క్యారెట్ లోపాలు ఏర్పడటానికి ఇవి ఆధారంగా మారవచ్చు. అందువల్ల, SiC వేఫర్‌లను సరిగ్గా పాలిష్ చేయడం చాలా ముఖ్యం, ఎందుకంటే ఈ గీతలు పరికరం యొక్క క్రియాశీల ప్రాంతంలో కనిపించినప్పుడు, అవి పరికర పనితీరుపై గణనీయమైన ప్రభావాన్ని చూపుతాయి.

 

ఇతర ఉపరితల స్వరూప లోపాలు

స్టెప్ బంచింగ్ అనేది SiC ఎపిటాక్సియల్ గ్రోత్ ప్రక్రియ సమయంలో ఏర్పడే ఒక ఉపరితల లోపం, ఇది SiC ఎపిలేయర్ ఉపరితలంపై స్థూలకోణ త్రిభుజాలు లేదా ట్రెపెజాయిడల్ ఆకృతులను ఏర్పరుస్తుంది. ఉపరితల గుంటలు, గడ్డలు మరియు మరకలు వంటి అనేక ఇతర ఉపరితల లోపాలు కూడా ఉన్నాయి. ఈ లోపాలు సాధారణంగా ఆప్టిమైజ్ చేయని గ్రోత్ ప్రక్రియలు మరియు పాలిషింగ్ నష్టాన్ని పూర్తిగా తొలగించకపోవడం వల్ల సంభవిస్తాయి, ఇవి పరికరం పనితీరుపై ప్రతికూల ప్రభావాన్ని చూపుతాయి.