Ang pangunahing teknolohiya para sa paglago ngSiC epitaxialAng mga materyales ay unang-una sa teknolohiya ng pagkontrol ng depekto, lalo na para sa teknolohiya ng pagkontrol ng depekto na madaling masira ang aparato o masira ang pagiging maaasahan. Ang pag-aaral ng mekanismo ng mga depekto sa substrate na umaabot sa epitaxial layer sa panahon ng proseso ng paglaki ng epitaxial, ang mga batas ng paglilipat at pagbabago ng mga depekto sa interface sa pagitan ng substrate at epitaxial layer, at ang mekanismo ng nucleation ng mga depekto ang batayan para sa paglilinaw ng ugnayan sa pagitan ng mga depekto sa substrate at mga depekto sa istruktura ng epitaxial, na maaaring epektibong gumabay sa screening ng substrate at pag-optimize ng proseso ng epitaxial.
Ang mga depekto ngmga patong na epitaxial ng silikon karbidaAng mga depekto sa kristal ay pangunahing nahahati sa dalawang kategorya: mga depekto sa kristal at mga depekto sa morpolohiya ng ibabaw. Ang mga depekto sa kristal, kabilang ang mga depekto sa punto, mga dislokasyon ng tornilyo, mga depekto sa microtubule, mga dislokasyon ng gilid, atbp., ay kadalasang nagmumula sa mga depekto sa mga substrate ng SiC at kumakalat sa epitaxial layer. Ang mga depekto sa morpolohiya ng ibabaw ay maaaring direktang maobserbahan gamit ang mata gamit ang mikroskopyo at may mga tipikal na katangiang morpolohikal. Ang mga depekto sa morpolohiya ng ibabaw ay pangunahing kinabibilangan ng: Scratch, Triangular defect, Carrot defect, Downfall, at Particle, gaya ng ipinapakita sa Figure 4. Sa panahon ng prosesong epitaxial, ang mga dayuhang partikulo, mga depekto sa substrate, pinsala sa ibabaw, at mga paglihis ng prosesong epitaxial ay maaaring makaapekto sa lokal na paraan ng paglaki ng daloy ng hakbang, na nagreresulta sa mga depekto sa morpolohiya ng ibabaw.
Talahanayan 1. Mga sanhi ng pagbuo ng mga karaniwang depekto sa matrix at mga depekto sa morpolohiya ng ibabaw sa mga patong na epitaxial ng SiC
Mga depekto sa punto
Ang mga depekto sa punto ay nabubuo ng mga bakante o puwang sa isang punto ng lattice o ilang punto ng lattice, at wala silang spatial extension. Ang mga depekto sa punto ay maaaring mangyari sa bawat proseso ng produksyon, lalo na sa ion implantation. Gayunpaman, mahirap itong matukoy, at ang ugnayan sa pagitan ng pagbabago ng mga depekto sa punto at iba pang mga depekto ay medyo kumplikado rin.
Mga Mikropipe (MP)
Ang mga micropipe ay mga guwang na dislokasyon ng turnilyo na lumalaganap sa kahabaan ng aksis ng paglaki, na may Burgers vector <0001>. Ang diyametro ng mga microtube ay mula sa isang bahagi ng isang micron hanggang sampu-sampung micron. Ang mga microtube ay nagpapakita ng malalaking katangian ng ibabaw na parang hukay sa ibabaw ng mga SiC wafer. Kadalasan, ang densidad ng mga microtube ay humigit-kumulang 0.1~1cm-2 at patuloy na bumababa sa pagsubaybay sa kalidad ng produksyon ng komersyal na wafer.
Mga dislokasyon ng tornilyo (TSD) at mga dislokasyon ng gilid (TED)
Ang mga dislokasyon sa SiC ang pangunahing pinagmumulan ng pagkasira at pagkabigo ng aparato. Ang parehong screw dislocations (TSD) at edge dislocations (TED) ay tumatakbo sa growth axis, na may mga Burger vector na <0001> at 1/3<11–20>, ayon sa pagkakabanggit.
Ang parehong screw dislocations (TSD) at edge dislocations (TED) ay maaaring umabot mula sa substrate hanggang sa wafer surface at magdala ng maliliit na mala-hukay na katangian ng surface (Figure 4b). Kadalasan, ang density ng edge dislocations ay humigit-kumulang 10 beses kaysa sa screw dislocations. Ang extended screw dislocations, ibig sabihin, umaabot mula sa substrate hanggang sa epilayer, ay maaari ring magbago at maging iba pang mga depekto at lumaganap sa growth axis. HabangSiC epitaxialSa paglaki, ang mga dislokasyon ng tornilyo ay nagiging mga stacking fault (SF) o mga depekto ng carrot, habang ang mga dislokasyon ng gilid sa mga epilayer ay ipinapakitang na-convert mula sa mga basal plane dislocation (BPD) na minana mula sa substrate sa panahon ng epitaxial growth.
Pangunahing dislokasyon sa eroplano (BPD)
Matatagpuan sa SiC basal plane, na may Burgers vector na 1/3 <11–20>. Bihirang lumitaw ang mga BPD sa ibabaw ng mga SiC wafer. Karaniwan silang naka-concentrate sa substrate na may density na 1500 cm-2, habang ang kanilang density sa epilayer ay humigit-kumulang 10 cm-2 lamang. Ang pagtukoy ng mga BPD gamit ang photoluminescence (PL) ay nagpapakita ng mga linear na katangian, tulad ng ipinapakita sa Figure 4c. HabangSiC epitaxialsa paglago, ang mga pinahabang BPD ay maaaring maging mga stacking fault (SF) o edge dislocations (TED).
Mga depekto sa pag-stack (SF)
Mga depekto sa pagkakasunod-sunod ng stacking ng SiC basal plane. Ang mga stacking fault ay maaaring lumitaw sa epitaxial layer sa pamamagitan ng pagmamana ng mga SF sa substrate, o maaaring may kaugnayan sa extension at transformation ng basal plane dislocations (BPDs) at threading screw dislocations (TSDs). Sa pangkalahatan, ang density ng SFs ay mas mababa sa 1 cm-2, at nagpapakita ang mga ito ng triangular na katangian kapag na-detect gamit ang PL, tulad ng ipinapakita sa Figure 4e. Gayunpaman, iba't ibang uri ng stacking faults ang maaaring mabuo sa SiC, tulad ng Shockley type at Frank type, dahil kahit ang kaunting stacking energy disorder sa pagitan ng mga plane ay maaaring humantong sa isang malaking iregularidad sa pagkakasunod-sunod ng stacking.
Pagbagsak
Ang depekto sa pagbagsak ay pangunahing nagmumula sa pagbagsak ng partikulo sa itaas at gilid na dingding ng reaction chamber habang nasa proseso ng paglaki, na maaaring ma-optimize sa pamamagitan ng pag-optimize ng pana-panahong proseso ng pagpapanatili ng mga consumable na graphite sa reaction chamber.
Depektong tatsulok
Ito ay isang 3C-SiC polytype inclusion na umaabot sa ibabaw ng SiC epilayer sa direksyon ng basal plane, gaya ng ipinapakita sa Figure 4g. Maaari itong mabuo ng mga bumabagsak na particle sa ibabaw ng SiC epilayer habang lumalaki ang epitaxial. Ang mga particle ay nakabaon sa epilayer at nakakasagabal sa proseso ng paglaki, na nagreresulta sa mga 3C-SiC polytype inclusion, na nagpapakita ng matatalim na anggulong tatsulok na mga tampok sa ibabaw na may mga particle na matatagpuan sa mga vertex ng triangular na rehiyon. Maraming pag-aaral din ang nag-uugnay sa pinagmulan ng mga polytype inclusion sa mga gasgas sa ibabaw, mga micropipe, at mga hindi wastong parameter ng proseso ng paglaki.
Depekto sa karot
Ang carrot defect ay isang stacking fault complex na may dalawang dulo na matatagpuan sa TSD at SF basal crystal planes, na tinatapos ng isang Frank-type dislocation, at ang laki ng carrot defect ay nauugnay sa prismatic stacking fault. Ang kombinasyon ng mga katangiang ito ay bumubuo sa surface morphology ng carrot defect, na mukhang hugis carrot na may density na mas mababa sa 1 cm-2, gaya ng ipinapakita sa Figure 4f. Ang mga carrot defect ay madaling mabuo sa mga polishing scratch, TSD, o substrate defect.
Mga gasgas
Ang mga gasgas ay mga mekanikal na pinsala sa ibabaw ng mga SiC wafer na nabuo sa panahon ng proseso ng produksyon, gaya ng ipinapakita sa Figure 4h. Ang mga gasgas sa SiC substrate ay maaaring makagambala sa paglaki ng epilayer, magdulot ng sunod-sunod na high-density dislocations sa loob ng epilayer, o ang mga gasgas ay maaaring maging batayan para sa pagbuo ng mga depekto sa carrot. Samakatuwid, napakahalagang maayos na pakintabin ang mga SiC wafer dahil ang mga gasgas na ito ay maaaring magkaroon ng malaking epekto sa pagganap ng device kapag lumitaw ang mga ito sa aktibong bahagi ng device.
Iba pang mga depekto sa morpolohiya ng ibabaw
Ang step bunching ay isang depekto sa ibabaw na nabubuo sa proseso ng paglaki ng SiC epitaxial, na lumilikha ng mga obtuse triangle o trapezoidal na katangian sa ibabaw ng SiC epilayer. Maraming iba pang depekto sa ibabaw, tulad ng mga hukay sa ibabaw, mga bukol, at mga mantsa. Ang mga depektong ito ay karaniwang sanhi ng hindi na-optimize na mga proseso ng paglaki at hindi kumpletong pag-alis ng pinsala sa polishing, na negatibong nakakaapekto sa pagganap ng aparato.
Oras ng pag-post: Hunyo-05-2024