ما هي عيوب الطبقة الفوقية من كربيد السيليكون

التكنولوجيا الأساسية لنموكربيد الفوقيالمواد هي أولاً تكنولوجيا التحكم في العيوب، خاصة بالنسبة لتكنولوجيا التحكم في العيوب التي تكون عرضة لفشل الجهاز أو تدهور الموثوقية. إن دراسة آلية عيوب الركيزة التي تمتد إلى الطبقة الفوقي أثناء عملية النمو الفوقي، وقوانين نقل وتحول العيوب عند السطح البيني بين الركيزة والطبقة الفوقي، وآلية نواة العيوب هي الأساس لتوضيح العلاقة بين عيوب الركيزة والعيوب الهيكلية الفوقي، والتي يمكن أن توجه بشكل فعال فحص الركيزة وتحسين العملية الفوقي.

عيوبطبقات كربيد السيليكون الفوقيتنقسم بشكل أساسي إلى فئتين: العيوب البلورية والعيوب التشكلية السطحية. تنشأ العيوب البلورية، بما في ذلك العيوب النقطية، وخلع المسمار، وعيوب الأنابيب الدقيقة، وخلع الحافة، وما إلى ذلك، في الغالب من عيوب في ركائز SiC وتنتشر في الطبقة الفوقي. يمكن ملاحظة العيوب المورفولوجية السطحية مباشرة بالعين المجردة باستخدام المجهر ولها خصائص مورفولوجية نموذجية. تشمل العيوب المورفولوجية السطحية بشكل أساسي ما يلي: الخدش، والعيوب المثلثية، وعيوب الجزرة، والسقوط، والجسيمات، كما هو موضح في الشكل 4. أثناء العملية الفوقي، قد تؤثر جميع الجسيمات الأجنبية وعيوب الركيزة وتلف السطح وانحرافات العملية الفوقي على تدفق الخطوة المحلية وضع النمو، مما أدى إلى عيوب مورفولوجية السطح.

الجدول 1. أسباب تكوين عيوب المصفوفة الشائعة وعيوب التشكل السطحي في الطبقات الفوقي من كربيد السيليكون

 

عيوب النقطة

تتشكل العيوب النقطية عن طريق الفراغات أو الفجوات عند نقطة شبكية واحدة أو عدة نقاط شبكية، وليس لها امتداد مكاني. قد تحدث عيوب نقطية في كل عملية إنتاج، خاصة في عملية زرع الأيونات. ومع ذلك، من الصعب اكتشافها، كما أن العلاقة بين تحول عيوب النقطة والعيوب الأخرى معقدة للغاية أيضًا.

 

الأنابيب الدقيقة (MP)

الأنابيب الدقيقة عبارة عن خلع لولبي مجوف ينتشر على طول محور النمو، مع ناقل برجر <0001>. يتراوح قطر الأنابيب الدقيقة من جزء من الميكرون إلى عشرات الميكرونات. تُظهر الأنابيب الدقيقة ميزات سطحية كبيرة تشبه الحفرة على سطح رقائق SiC. عادة، تبلغ كثافة الأنابيب الدقيقة حوالي 0.1 ~ 1 سم -2 وتستمر في الانخفاض في مراقبة جودة إنتاج الرقاقات التجارية.

 

خلع المسمار (TSD) وخلع الحافة (TED)

تعد الاضطرابات في SiC المصدر الرئيسي لتدهور الجهاز وفشله. تعمل كل من خلع المسمار (TSD) وخلع الحافة (TED) على طول محور النمو، مع متجهات برجر <0001> و1/3 <11–20>، على التوالي.

يمكن أن تمتد كل من خلع المسمار (TSD) وخلع الحافة (TED) من الركيزة إلى سطح الرقاقة وتجلب ميزات سطحية صغيرة تشبه الحفرة (الشكل 4 ب). عادةً ما تكون كثافة خلع الحواف حوالي 10 أضعاف كثافة خلع المسمار. قد تتحول أيضًا خلع المسمار الممتد، أي الممتد من الركيزة إلى الطبقة الخارجية، إلى عيوب أخرى وتنتشر على طول محور النمو. خلالكربيد الفوقيالنمو، يتم تحويل خلع المسمار إلى أخطاء التراص (SF) أو عيوب الجزرة، في حين تبين أن خلع الحافة في الطبقات الفوقية يتم تحويله من خلع المستوى القاعدي (BPDs) الموروث من الركيزة أثناء النمو الفوقي.

 

خلع المستوى الأساسي (BPD)

يقع على المستوى الأساسي SiC، مع ناقل برجر قدره 1/3 <11–20>. نادرًا ما تظهر BPDs على سطح رقائق SiC. وتتركز عادة على الركيزة بكثافة 1500 سم-2، في حين أن كثافتها في طبقة الظهارة تبلغ حوالي 10 سم-2 فقط. يُظهر الكشف عن BPDs باستخدام التلألؤ الضوئي (PL) ميزات خطية، كما هو موضح في الشكل 4C. خلالكربيد الفوقيالنمو، قد يتم تحويل BPDs الموسعة إلى أخطاء التراص (SF) أو خلع الحافة (TED).

 

أخطاء التراص (SFs)

عيوب في تسلسل التراص للمستوى القاعدي SiC. يمكن أن تظهر أخطاء التراص في الطبقة الفوقي عن طريق وراثة SFs في الركيزة، أو تكون مرتبطة بامتداد وتحويل خلع المستوى القاعدي (BPDs) وخلع المسمار اللولبي (TSDs). بشكل عام، تكون كثافة SFs أقل من 1 سم-2، وهي تظهر ميزة مثلثية عند اكتشافها باستخدام PL، كما هو موضح في الشكل 4e. ومع ذلك، يمكن تشكيل أنواع مختلفة من أخطاء التراص في SiC، مثل نوع Shockley ونوع Frank، لأنه حتى كمية صغيرة من اضطراب طاقة التراص بين المستويات يمكن أن تؤدي إلى عدم انتظام كبير في تسلسل التراص.

 

سقوط

ينشأ عيب السقوط بشكل رئيسي من انخفاض الجسيمات على الجدران العلوية والجانبية لغرفة التفاعل أثناء عملية النمو، والتي يمكن تحسينها عن طريق تحسين عملية الصيانة الدورية للمواد الاستهلاكية من الجرافيت في غرفة التفاعل.

 

خلل ثلاثي

وهو عبارة عن تضمين متعدد الأنواع 3C-SiC يمتد إلى سطح طبقة Epilayer SiC على طول اتجاه المستوى الأساسي، كما هو موضح في الشكل 4g. قد يتم إنشاؤه بواسطة الجزيئات المتساقطة على سطح طبقة SiC epilayer أثناء النمو الفوقي. يتم تضمين الجزيئات في طبقة Epilayer وتتداخل مع عملية النمو، مما يؤدي إلى وجود شوائب متعددة الأنواع 3C-SiC، والتي تظهر ميزات سطح مثلثة حادة الزاوية مع الجزيئات الموجودة في قمم المنطقة المثلثية. وقد عزت العديد من الدراسات أيضًا أصل الشوائب المتعددة الأنواع إلى الخدوش السطحية والأنابيب الدقيقة والمعلمات غير المناسبة لعملية النمو.

 

عيب الجزرة

عيب الجزرة هو مجمع خطأ تراص ذو طرفين يقعان في المستويين البلوريين TSD وSF، وينتهي بخلع من النوع فرانك، ويرتبط حجم عيب الجزرة بخطأ التراص المنشوري. ويشكل مزيج هذه الميزات الشكل السطحي لعيب الجزرة، الذي يشبه شكل الجزرة بكثافة أقل من 1سم-2، كما هو موضح في الشكل 4و. تتشكل عيوب الجزر بسهولة عند تلميع الخدوش أو عيوب TSD أو عيوب الركيزة.

 

الخدوش

الخدوش هي أضرار ميكانيكية على سطح رقائق SiC التي تكونت أثناء عملية الإنتاج، كما هو مبين في الشكل 4ح. قد تتداخل الخدوش الموجودة على ركيزة SiC مع نمو طبقة Epilayer، أو تنتج صفًا من الاضطرابات عالية الكثافة داخل طبقة Epilayer، أو قد تصبح الخدوش أساسًا لتكوين عيوب الجزرة. ولذلك، فمن الأهمية بمكان تلميع رقائق SiC بشكل صحيح لأن هذه الخدوش يمكن أن يكون لها تأثير كبير على أداء الجهاز عندما تظهر في المنطقة النشطة بالجهاز.

 

عيوب مورفولوجية السطح الأخرى

التجميع المتدرج هو عيب سطحي يتكون أثناء عملية النمو الفوقي لـ SiC، والذي ينتج مثلثات منفرجة أو ميزات شبه منحرفة على سطح طبقة SiC epilayer. هناك العديد من العيوب السطحية الأخرى، مثل الحفر السطحية والمطبات والبقع. عادة ما تكون هذه العيوب ناتجة عن عمليات نمو غير محسّنة وإزالة غير كاملة لأضرار التلميع، مما يؤثر سلبًا على أداء الجهاز.