Основна технологія для зростанняепітаксіальний SiCМатеріали – це, перш за все, технологія контролю дефектів, особливо для технології контролю дефектів, яка схильна до відмови пристрою або зниження надійності. Вивчення механізму поширення дефектів підкладки в епітаксійний шар під час процесу епітаксійного росту, законів перенесення та перетворення дефектів на межі розділу між підкладкою та епітаксійним шаром, а також механізму зародження дефектів є основою для з'ясування кореляції між дефектами підкладки та епітаксійними структурними дефектами, що може ефективно спрямовувати скринінг підкладки та оптимізацію епітаксійного процесу.
Дефектиепітаксіальні шари карбіду кремніюВ основному поділяються на дві категорії: кристалічні дефекти та дефекти морфології поверхні. Кристалічні дефекти, включаючи точкові дефекти, гвинтові дислокації, дефекти мікротрубочок, крайові дислокації тощо, здебільшого виникають через дефекти на підкладках SiC та дифундують в епітаксійний шар. Дефекти морфології поверхні можна безпосередньо спостерігати неозброєним оком за допомогою мікроскопа, і вони мають типові морфологічні характеристики. До дефектів морфології поверхні в основному належать: подряпини, трикутні дефекти, дефекти типу «морква», обвали та частинки, як показано на рисунку 4. Під час епітаксійного процесу сторонні частинки, дефекти підкладки, пошкодження поверхні та відхилення епітаксійного процесу можуть впливати на режим локального ступінчастого росту потоку, що призводить до дефектів морфології поверхні.
Таблиця 1. Причини утворення поширених дефектів матриці та дефектів морфології поверхні в епітаксійних шарах SiC
Точкові дефекти
Точкові дефекти утворюються вакансіями або проміжками в одній або кількох точках решітки, і вони не мають просторового поширення. Точкові дефекти можуть виникати в будь-якому виробничому процесі, особливо при іонній імплантації. Однак їх важко виявити, а зв'язок між перетворенням точкових дефектів та іншими дефектами також досить складний.
Мікротрубки (МТ)
Мікротрубки – це порожнисті гвинтові дислокації, що поширюються вздовж осі росту з вектором Бюргерса <0001>. Діаметр мікротрубок коливається від часток мікрона до десятків мікронів. Мікротрубки мають великі ямкоподібні поверхневі особливості на поверхні пластин SiC. Зазвичай щільність мікротрубок становить близько 0,1~1 см-2 і продовжує зменшуватися при моніторингу якості виробництва комерційних пластин.
Гвинтові дислокації (ГД) та крайові дислокації (КД)
Дислокації в SiC є основною причиною деградації та виходу з ладу пристроїв. Як гвинтові дислокації (TSD), так і крайові дислокації (TED) проходять вздовж осі росту з векторами Бюргерса <0001> та 1/3<11–20> відповідно.
Як гвинтові дислокації (TSD), так і крайові дислокації (TED) можуть поширюватися від підкладки до поверхні пластини та створювати невеликі ямкоподібні поверхневі особливості (Рисунок 4b). Як правило, щільність крайових дислокацій приблизно в 10 разів більша, ніж у гвинтових дислокацій. Протяжні гвинтові дислокації, тобто ті, що простягаються від підкладки до епішару, також можуть трансформуватися в інші дефекти та поширюватися вздовж осі росту. Під часепітаксіальний SiCПід час епітаксійного росту гвинтові дислокації перетворюються на дефекти укладання (SF) або дефекти типу «морква», тоді як крайові дислокації в епішарах, як показано, перетворюються з дислокацій базальної площини (BPD), успадкованих від субстрату під час епітаксіального росту.
Вивих базової площини (BPD)
Розташовані на базальній площині SiC, з вектором Бюргерса 1/3 <11–20>. БПД рідко з'являються на поверхні пластин SiC. Зазвичай вони зосереджені на підкладці з щільністю 1500 см-2, тоді як їх щільність в епішарі становить лише близько 10 см-2. Виявлення БПД за допомогою фотолюмінесценції (ФЛ) демонструє лінійні особливості, як показано на рисунку 4c. Під часепітаксіальний SiCзростання, протяжні BPD можуть бути перетворені на дефекти укладання (SF) або крайові дислокації (TED).
Дефекти пакування (SF)
Дефекти в послідовності укладання базальної площини SiC. Дефекти укладання можуть з'являтися в епітаксійному шарі шляхом успадкування дефектів укладання (ДП) у підкладці або бути пов'язані з розширенням та трансформацією дислокацій базальної площини (ДБП) та різьбоподібних дислокацій (ДРГ). Як правило, щільність ДП менше 1 см-2, і вони демонструють трикутну форму при виявленні за допомогою фотолюмінесценції (ФЛ), як показано на рисунку 4e. Однак у SiC можуть утворюватися різні типи дефектів укладання, такі як дефекти Шоклі та Франка, оскільки навіть невеликий розлад енергії укладання між площинами може призвести до значної нерівномірності в послідовності укладання.
Падіння
Дефект падіння головним чином виникає через падіння частинок на верхній та бічних стінках реакційної камери під час процесу росту, що можна оптимізувати, оптимізуючи процес періодичного обслуговування витратних матеріалів графіту реакційної камери.
Трикутний дефект
Це політипне включення 3C-SiC, яке поширюється на поверхню епішару SiC вздовж напрямку базальної площини, як показано на рисунку 4g. Воно може утворюватися внаслідок падіння частинок на поверхню епішару SiC під час епітаксіального росту. Частинки вбудовуються в епішар і перешкоджають процесу росту, що призводить до утворення політипних включень 3C-SiC, які мають гострокутні трикутні риси поверхні з частинками, розташованими у вершинах трикутної області. Багато досліджень також пояснюють походження політипних включень поверхневими подряпинами, мікротрубочками та неправильними параметрами процесу росту.
Дефект моркви
Дефект моркви – це комплекс дефектів укладання з двома кінцями, розташованими на базальних кристалічних площинах TSD та SF, що завершуються дислокацією типу Франка, а розмір дефекту моркви пов'язаний з призматичним дефектом укладання. Поєднання цих особливостей формує морфологію поверхні дефекту моркви, який має форму моркви з щільністю менше 1 см-2, як показано на рисунку 4f. Дефекти моркви легко утворюються внаслідок полірування, подряпин, TSD або дефектів підкладки.
Подряпини
Подряпини – це механічні пошкодження поверхні пластин SiC, що утворюються під час виробничого процесу, як показано на рисунку 4h. Подряпини на підкладці SiC можуть перешкоджати росту епішару, призводити до утворення ряду дислокацій високої щільності всередині епішару або ж подряпини можуть стати основою для утворення дефектів типу «морква». Тому вкрай важливо правильно полірувати пластини SiC, оскільки ці подряпини можуть суттєво впливати на продуктивність пристрою, коли вони з'являються в його активній області.
Інші дефекти морфології поверхні
Ступінчасте згортання – це поверхневий дефект, що утворюється під час процесу епітаксіального росту SiC, який призводить до утворення тупих трикутників або трапецієподібних структур на поверхні епішару SiC. Існує багато інших поверхневих дефектів, таких як поверхневі ямки, горби та плями. Ці дефекти зазвичай спричинені неоптимізованими процесами росту та неповним видаленням пошкоджень від полірування, що негативно впливає на продуктивність пристрою.
Час публікації: 05 червня 2024 р.