Büyümenin temel teknolojisiSiC epitaksiyelMalzeme bilimi öncelikle kusur kontrol teknolojisidir, özellikle de cihaz arızasına veya güvenilirlik düşüşüne yatkın kusur kontrol teknolojisi için. Epitaksiyel büyüme işlemi sırasında substrat kusurlarının epitaksiyel tabakaya yayılma mekanizmasının, substrat ile epitaksiyel tabaka arasındaki arayüzde kusurların transfer ve dönüşüm yasalarının ve kusurların çekirdeklenme mekanizmasının incelenmesi, substrat kusurları ile epitaksiyel yapısal kusurlar arasındaki ilişkiyi açıklığa kavuşturmanın temelini oluşturur ve bu da substrat taramasını ve epitaksiyel işlem optimizasyonunu etkili bir şekilde yönlendirebilir.
kusurlarısilisyum karbür epitaksiyel katmanlarEsas olarak iki kategoriye ayrılırlar: kristal kusurları ve yüzey morfolojisi kusurları. Nokta kusurları, vida dislokasyonları, mikrotübül kusurları, kenar dislokasyonları vb. içeren kristal kusurları, çoğunlukla SiC alt tabakalarındaki kusurlardan kaynaklanır ve epitaksiyel tabakaya yayılır. Yüzey morfolojisi kusurları, mikroskop kullanılarak çıplak gözle doğrudan gözlemlenebilir ve tipik morfolojik özelliklere sahiptir. Yüzey morfolojisi kusurları esas olarak şunları içerir: Çizik, Üçgen kusur, Havuç kusuru, Çökme ve Parçacık (Şekil 4'te gösterildiği gibi). Epitaksiyel işlem sırasında, yabancı parçacıklar, alt tabaka kusurları, yüzey hasarı ve epitaksiyel işlem sapmaları, yerel basamak akışı büyüme modunu etkileyerek yüzey morfolojisi kusurlarına neden olabilir.
Tablo 1. SiC epitaksiyel katmanlarında yaygın matris kusurlarının ve yüzey morfolojisi kusurlarının oluşum nedenleri
Noktasal kusurlar
Noktasal kusurlar, tek bir kafes noktasında veya birkaç kafes noktasında oluşan boşluklar veya aralıklar tarafından oluşturulur ve uzamsal bir yayılımları yoktur. Noktasal kusurlar, özellikle iyon implantasyonunda olmak üzere her üretim sürecinde ortaya çıkabilir. Bununla birlikte, tespit edilmeleri zordur ve noktasal kusurların dönüşümü ile diğer kusurlar arasındaki ilişki de oldukça karmaşıktır.
Mikroborular (MP)
Mikrotüpler, büyüme ekseni boyunca yayılan ve Burgers vektörü <0001> olan içi boş vida dislokasyonlarıdır. Mikrotüplerin çapı, bir mikronun bir kesirinden onlarca mikrona kadar değişir. Mikrotüpler, SiC levhalarının yüzeyinde büyük çukur benzeri yüzey özellikleri gösterir. Tipik olarak, mikrotüp yoğunluğu yaklaşık 0,1~1 cm⁻²'dir ve ticari levha üretiminde kalite izleme sürecinde azalmaya devam etmektedir.
Vida dislokasyonları (TSD) ve kenar dislokasyonları (TED)
SiC'deki dislokasyonlar, cihaz bozulmasının ve arızasının ana kaynağıdır. Hem vida dislokasyonları (TSD) hem de kenar dislokasyonları (TED), sırasıyla <0001> ve 1/3<11–20> Burgers vektörleriyle büyüme ekseni boyunca ilerler.
Hem vida dislokasyonları (TSD) hem de kenar dislokasyonları (TED), alt tabakadan gofret yüzeyine uzanabilir ve küçük çukur benzeri yüzey özellikleri oluşturabilir (Şekil 4b). Tipik olarak, kenar dislokasyonlarının yoğunluğu, vida dislokasyonlarının yoğunluğunun yaklaşık 10 katıdır. Uzamış vida dislokasyonları, yani alt tabakadan epitabaka uzananlar, diğer kusurlara da dönüşebilir ve büyüme ekseni boyunca yayılabilir.SiC epitaksiyelBüyüme sırasında, vida dislokasyonları istifleme hatalarına (SF) veya havuç kusurlarına dönüştürülürken, epitabakalardaki kenar dislokasyonlarının, epitaksiyel büyüme sırasında alt tabakadan miras alınan bazal düzlem dislokasyonlarından (BPD) dönüştürüldüğü gösterilmiştir.
Temel düzlem dislokasyonu (BPD)
SiC bazal düzleminde yer alan ve Burgers vektörü 1/3 olan BPD'ler (<11–20>), SiC levhalarının yüzeyinde nadiren görülür. Genellikle 1500 cm-2 yoğunlukta substrat üzerinde yoğunlaşırlar, oysa epitabakadaki yoğunlukları sadece yaklaşık 10 cm-2'dir. Fotolüminesans (PL) kullanılarak BPD'lerin tespiti, Şekil 4c'de gösterildiği gibi doğrusal özellikler sergiler.SiC epitaksiyelBüyüme sırasında, genişletilmiş BPD'ler istifleme hatalarına (SF) veya kenar dislokasyonlarına (TED) dönüşebilir.
Yığınlama hataları (YF'ler)
SiC bazal düzleminin istifleme dizilimindeki kusurlar. İstifleme hataları, alt tabakadaki istifleme hatalarını miras alarak epitaksiyel katmanda ortaya çıkabilir veya bazal düzlem dislokasyonlarının (BPD'ler) ve vida dislokasyonlarının (TSD'ler) uzaması ve dönüşümüyle ilgili olabilir. Genellikle, istifleme hatalarının yoğunluğu 1 cm-2'den azdır ve Şekil 4e'de gösterildiği gibi, PL kullanılarak tespit edildiğinde üçgen bir özellik sergilerler. Bununla birlikte, SiC'de Shockley tipi ve Frank tipi gibi çeşitli istifleme hatası türleri oluşabilir, çünkü düzlemler arasındaki az miktarda istifleme enerjisi düzensizliği bile istifleme diziliminde önemli bir düzensizliğe yol açabilir.
Çöküş
Çökme kusuru esas olarak büyüme işlemi sırasında reaksiyon odasının üst ve yan duvarlarına düşen parçacıklardan kaynaklanır ve bu durum, reaksiyon odası grafit sarf malzemelerinin periyodik bakım sürecinin optimize edilmesiyle giderilebilir.
Üçgen kusur
Şekil 4g'de gösterildiği gibi, SiC epitabakasının yüzeyine bazal düzlem yönünde uzanan bir 3C-SiC polimorfik inklüzyondur. Bu inklüzyon, epitaksiyel büyüme sırasında SiC epitabakasının yüzeyine düşen parçacıklar tarafından oluşturulabilir. Parçacıklar epitabakanın içine gömülür ve büyüme sürecine müdahale ederek, üçgen bölgenin köşelerinde yer alan parçacıklarla birlikte keskin açılı üçgen yüzey özelliklerine sahip 3C-SiC polimorfik inklüzyonlara neden olur. Birçok çalışma, polimorfik inklüzyonların kökenini yüzey çiziklerine, mikro borulara ve büyüme sürecinin uygunsuz parametrelerine bağlamıştır.
Havuç kusuru
Havuç kusuru, iki ucu TSD ve SF bazal kristal düzlemlerinde bulunan, Frank tipi bir dislokasyonla sonlanan bir istifleme hatası kompleksidir ve havuç kusurunun boyutu prizmatik istifleme hatasıyla ilişkilidir. Bu özelliklerin birleşimi, Şekil 4f'de gösterildiği gibi, 1 cm-2'den daha düşük yoğunlukta havuç şekline benzeyen havuç kusurunun yüzey morfolojisini oluşturur. Havuç kusurları, parlatma çiziklerinde, TSD'lerde veya alt tabaka kusurlarında kolayca oluşur.
Çizikler
Şekil 4h'de gösterildiği gibi, çizikler üretim süreci sırasında SiC levhalarının yüzeyinde oluşan mekanik hasarlardır. SiC alt tabakasındaki çizikler, epitabakanın büyümesini engelleyebilir, epitabaka içinde yüksek yoğunluklu dislokasyonlar oluşturabilir veya havuç benzeri kusurların oluşumuna zemin hazırlayabilir. Bu nedenle, SiC levhalarının düzgün bir şekilde parlatılması çok önemlidir, çünkü bu çizikler cihazın aktif alanında ortaya çıktığında cihaz performansını önemli ölçüde etkileyebilir.
Diğer yüzey morfolojisi kusurları
Basamak kümelenmesi, SiC epitaksiyel büyüme işlemi sırasında oluşan ve SiC epitabakasının yüzeyinde geniş açılı üçgenler veya yamuk şekiller oluşturan bir yüzey kusurudur. Yüzey çukurları, tümsekler ve lekeler gibi birçok başka yüzey kusuru da vardır. Bu kusurlar genellikle optimize edilmemiş büyüme süreçleri ve parlatma hasarının eksik giderilmesinden kaynaklanır ve cihaz performansını olumsuz etkiler.
Yayın tarihi: 05-06-2024