Büyüme için temel teknolojiSiC epitaksiyelmalzemeler, özellikle cihaz arızasına veya güvenilirlik bozulmasına yatkın olan kusur kontrol teknolojisi için, öncelikle kusur kontrol teknolojisidir. Epitaksiyel büyüme süreci sırasında epitaksiyel tabakaya uzanan alt tabaka kusurlarının mekanizmasının incelenmesi, alt tabaka ile epitaksiyel tabaka arasındaki arayüzdeki kusurların transfer ve dönüşüm yasaları ve kusurların çekirdeklenme mekanizması, alt tabaka kusurları ile epitaksiyel yapısal kusurlar arasındaki korelasyonu açıklığa kavuşturmanın temelidir ve bu, alt tabaka taramasını ve epitaksiyel süreç optimizasyonunu etkili bir şekilde yönlendirebilir.
Kusurlarısilisyum karbür epitaksiyel tabakalaresas olarak iki kategoriye ayrılır: kristal kusurları ve yüzey morfolojisi kusurları. Nokta kusurları, vida çıkıkları, mikrotübül kusurları, kenar çıkıkları vb. dahil olmak üzere kristal kusurları çoğunlukla SiC alt tabakalarındaki kusurlardan kaynaklanır ve epitaksiyel tabakaya yayılır. Yüzey morfolojisi kusurları, bir mikroskop kullanılarak çıplak gözle doğrudan gözlemlenebilir ve tipik morfolojik özelliklere sahiptir. Yüzey morfolojisi kusurları esas olarak şunları içerir: Şekil 4'te gösterildiği gibi Çizik, Üçgen kusur, Havuç kusuru, Düşüş ve Parçacık. Epitaksiyel işlem sırasında yabancı parçacıklar, alt tabaka kusurları, yüzey hasarı ve epitaksiyel işlem sapmaları, yerel adım akış büyüme modunu etkileyerek yüzey morfolojisi kusurlarına neden olabilir.
Tablo 1. SiC epitaksiyel katmanlarda yaygın matris kusurlarının ve yüzey morfolojisi kusurlarının oluşumunun nedenleri
Nokta kusurları
Nokta kusurları, tek bir kafes noktasında veya birkaç kafes noktasında boşluklar veya aralıklar tarafından oluşturulur ve bunların uzaysal bir uzantısı yoktur. Nokta kusurları her üretim sürecinde, özellikle iyon implantasyonunda meydana gelebilir. Ancak, tespit edilmeleri zordur ve nokta kusurlarının dönüşümü ile diğer kusurlar arasındaki ilişki de oldukça karmaşıktır.
Mikro borular (MP)
Mikro borular, Burgers vektörü <0001> ile büyüme ekseni boyunca yayılan içi boş vida çıkıklarıdır. Mikro boruların çapı bir mikronun kesirlerinden onlarca mikrona kadar değişir. Mikro boruların SiC gofretlerinin yüzeyinde büyük çukur benzeri yüzey özellikleri vardır. Tipik olarak, mikro boruların yoğunluğu yaklaşık 0,1~1 cm-2'dir ve ticari gofret üretim kalitesi izlemesinde azalmaya devam eder.
Vida çıkıkları (TSD) ve kenar çıkıkları (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 çıkıkları (TSD) hem de kenar çıkıkları (TED) alt tabakadan gofret yüzeyine kadar uzanabilir ve küçük çukur benzeri yüzey özellikleri getirebilir (Şekil 4b). Tipik olarak, kenar çıkıklarının yoğunluğu vida çıkıklarının yaklaşık 10 katıdır. Genişletilmiş vida çıkıkları, yani alt tabakadan epitabakalara kadar uzananlar, diğer kusurlara da dönüşebilir ve büyüme ekseni boyunca yayılabilir.SiC epitaksiyelBüyüme sırasında vida çıkıklarının istifleme hatalarına (SF) veya havuç kusurlarına dönüştüğü, epitaksiyel büyüme sırasında substrattan miras alınan epikatmanlardaki kenar çıkıklarının ise bazal düzlem çıkıklarından (BPD) dönüştüğü gösterilmiştir.
Temel düzlem çıkığı (BPD)
SiC bazal düzleminde, 1/3 <11–20> Burgers vektörüyle yer alır. BPD'ler nadiren SiC yongalarının yüzeyinde görülür. Genellikle 1500 cm-2 yoğunlukta substrat üzerinde yoğunlaşırlar, epikatmandaki yoğunlukları ise yalnızca yaklaşık 10 cm-2'dir. Fotolüminesans (PL) kullanılarak BPD'lerin tespiti, Şekil 4c'de gösterildiği gibi doğrusal özellikler gösterir.SiC epitaksiyelBüyüme, genişletilmiş BPD'lerin istifleme hatalarına (SF) veya kenar çıkıklarına (TED) dönüşmesine neden olabilir.
Yığınlama hataları (SF'ler)
SiC bazal düzleminin istifleme dizisindeki kusurlar. İstifleme hataları, substrattaki SF'leri miras alarak epitaksiyel tabakada ortaya çıkabilir veya bazal düzlem dislokasyonlarının (BPD'ler) ve dişli vida dislokasyonlarının (TSD'ler) uzaması ve dönüşümüyle ilişkili olabilir. Genellikle, SF'lerin yoğunluğu 1 cm-2'den azdır ve Şekil 4e'de gösterildiği gibi PL kullanılarak tespit edildiğinde üçgen bir özellik gösterirler. Ancak, SiC'de Shockley tipi ve Frank tipi gibi çeşitli tipte istifleme hataları oluşabilir çünkü düzlemler arasındaki az miktarda istifleme enerjisi bozukluğu bile istifleme dizisinde önemli bir düzensizliğe yol açabilir.
Çöküş
Düşme kusuru esas olarak büyüme süreci sırasında reaksiyon odasının üst ve yan duvarlarına partikül düşmesinden kaynaklanmakta olup, bu durum reaksiyon odası grafit sarf malzemelerinin periyodik bakım sürecinin optimize edilmesiyle iyileştirilebilir.
Üçgensel kusur
Şekil 4g'de gösterildiği gibi, SiC epitabakasının yüzeyine bazal düzlem yönü boyunca uzanan bir 3C-SiC politipi kapanımıdır. Epitaksiyel büyüme sırasında SiC epitabakasının yüzeyine düşen parçacıklar tarafından oluşturulabilir. Parçacıklar epitabaka içine gömülür ve büyüme sürecine müdahale ederek, üçgen bölgenin köşelerinde bulunan parçacıklarla keskin açılı üçgen yüzey özellikleri gösteren 3C-SiC politipi kapanımları ile sonuçlanır. Birçok çalışma, politipi kapanımlarının kökenini yüzey çiziklerine, mikroporlara ve büyüme sürecinin uygunsuz parametrelerine de bağlamıştır.
Havuç kusuru
Havuç kusuru, iki ucu TSD ve SF bazal kristal düzlemlerinde bulunan ve Frank tipi bir dislokasyonla sonlanan bir yığınlama hatası kompleksidir ve havuç kusurunun boyutu prizmatik yığınlama hatasıyla ilişkilidir. Bu özelliklerin birleşimi, Şekil 4f'de gösterildiği gibi yoğunluğu 1 cm-2'den az olan bir havuç şekline benzeyen havuç kusurunun yüzey morfolojisini oluşturur. Havuç kusurları, cilalama çiziklerinde, TSD'lerde veya alt tabaka kusurlarında kolayca oluşur.
Çizikler
Çizikler, Şekil 4h'de gösterildiği gibi, üretim süreci sırasında SiC yongalarının yüzeyinde oluşan mekanik hasarlardır. SiC alt tabakasındaki çizikler, epikatmanın büyümesini engelleyebilir, epikatman içinde bir sıra yüksek yoğunluklu çıkık üretebilir veya çizikler havuç kusurlarının oluşumunun temeli olabilir. Bu nedenle, bu çizikler cihazın aktif alanında göründüğünde cihaz performansı üzerinde önemli bir etkiye sahip olabileceğinden, SiC yongalarını düzgün bir şekilde cilalamak kritik öneme sahiptir.
Diğer yüzey morfolojisi kusurları
Adım demetlenmesi, SiC epitaksiyel büyüme süreci sırasında oluşan ve SiC epikatmanının yüzeyinde künt üçgenler veya trapezoidal özellikler üreten bir yüzey kusurudur. Yüzey çukurları, çıkıntılar ve lekeler gibi birçok başka yüzey kusuru vardır. Bu kusurlar genellikle optimize edilmemiş büyüme süreçleri ve cihaz performansını olumsuz etkileyen cilalama hasarının eksik giderilmesinden kaynaklanır.
Gönderi zamanı: 05-Haz-2024