Основната технология за растеж наSiC епитаксиаленматериалите е на първо място технология за контрол на дефекти, особено за технология за контрол на дефекти, която е склонна към повреда на устройството или влошаване на надеждността. Изследването на механизма на субстратните дефекти, простиращи се в епитаксиалния слой по време на процеса на епитаксиален растеж, законите за пренос и трансформация на дефекти на интерфейса между субстрата и епитаксиалния слой и механизма на нуклеация на дефектите са основата за изясняване на корелацията между дефекти на субстрата и епитаксиални структурни дефекти, които могат ефективно да насочват скрининга на субстрата и оптимизирането на епитаксиалния процес.
Дефектите наепитаксиални слоеве от силициев карбидсе разделят основно на две категории: кристални дефекти и повърхностни морфологични дефекти. Кристалните дефекти, включително точкови дефекти, винтови дислокации, микротубулни дефекти, ръбови дислокации и т.н., най-вече произхождат от дефекти на SiC субстрати и дифундират в епитаксиалния слой. Повърхностните морфологични дефекти могат да се наблюдават директно с невъоръжено око с помощта на микроскоп и имат типични морфологични характеристики. Повърхностните морфологични дефекти включват главно: надраскване, триъгълен дефект, дефект на моркова, падане и частица, както е показано на фигура 4. По време на епитаксиалния процес чужди частици, дефекти на субстрата, повреди на повърхността и отклонения на епитаксиалния процес могат да повлияят на локалния стъпков поток режим на растеж, което води до повърхностни морфологични дефекти.
Таблица 1. Причини за образуването на общи дефекти на матрицата и повърхностни морфологични дефекти в епитаксиалните слоеве на SiC
Точкови дефекти
Точковите дефекти се образуват от празни места или празнини в една точка на решетката или няколко точки на решетката и нямат пространствено разширение. Точкови дефекти могат да възникнат във всеки производствен процес, особено при имплантиране на йони. Въпреки това, те са трудни за откриване и връзката между трансформацията на точкови дефекти и други дефекти също е доста сложна.
Микротръби (MP)
Микротръбите са кухи винтови дислокации, които се разпространяват по протежение на оста на растеж, с вектор на Burgers <0001>. Диаметърът на микротръбите варира от част от микрона до десетки микрона. Микроепруветките показват големи повърхностни характеристики, подобни на яма, върху повърхността на SiC пластини. Обикновено плътността на микроепруветките е около 0,1~1cm-2 и продължава да намалява при мониторинг на качеството на производството на комерсиални вафли.
Винтови дислокации (TSD) и ръбови дислокации (TED)
Дислокациите в SiC са основният източник на деградация и повреда на устройството. Както винтовите дислокации (TSD), така и ръбовите дислокации (TED) се движат по оста на растеж, с вектори на Burgers съответно <0001> и 1/3 <11–20>.
Както винтовите дислокации (TSD), така и ръбовите дислокации (TED) могат да се простират от субстрата до повърхността на пластината и да донесат малки повърхностни характеристики, подобни на яма (Фигура 4b). Обикновено плътността на ръбовите дислокации е около 10 пъти по-голяма от тази на винтовите дислокации. Разширените винтови дислокации, т.е. простиращи се от субстрата към епислоя, могат също да се трансформират в други дефекти и да се разпространяват по оста на растеж. По време наSiC епитаксиаленрастеж, дислокациите на винтовете се превръщат в дефекти на подреждане (SF) или дефекти на моркова, докато е показано, че дислокациите на ръбовете в епилаерите се конвертират от дислокации на базалната равнина (BPD), наследени от субстрата по време на епитаксиален растеж.
Дислокация в основна равнина (BPD)
Разположен в базалната равнина на SiC, с вектор на Burgers от 1/3 <11–20>. BPD рядко се появяват на повърхността на SiC пластини. Те обикновено са концентрирани върху субстрата с плътност от 1500 cm-2, докато плътността им в епислоя е само около 10 cm-2. Откриването на BPD с помощта на фотолуминесценция (PL) показва линейни характеристики, както е показано на фигура 4c. По време наSiC епитаксиаленрастеж, разширените BPD могат да бъдат преобразувани в грешки при подреждане (SF) или ръбови дислокации (TED).
Грешки при подреждане (SF)
Дефекти в последователността на подреждане на базалната равнина на SiC. Грешките в подреждането могат да се появят в епитаксиалния слой чрез наследяване на SFs в субстрата или да бъдат свързани с разширение и трансформация на дислокации на базалната равнина (BPDs) и дислокации на винтови резби (TSDs). Като цяло, плътността на SF е по-малка от 1 cm-2 и те показват триъгълна характеристика, когато се откриват с помощта на PL, както е показано на фигура 4e. Въпреки това, в SiC могат да се образуват различни видове дефекти при подреждане, като тип Шокли и тип Франк, тъй като дори малко количество енергийно разстройство при подреждане между равнините може да доведе до значителна нередност в последователността на подреждане.
Падане
Дефектът на падане произхожда главно от падането на частици върху горната и страничните стени на реакционната камера по време на процеса на растеж, който може да бъде оптимизиран чрез оптимизиране на процеса на периодична поддръжка на графитните консумативи на реакционната камера.
Триъгълен дефект
Това е 3C-SiC политипно включване, което се простира до повърхността на епислоя SiC по посока на основната равнина, както е показано на Фигура 4g. Може да се генерира от падащи частици върху повърхността на SiC епислоя по време на епитаксиален растеж. Частиците са вградени в епислоя и пречат на процеса на растеж, което води до 3C-SiC политипни включвания, които показват триъгълни повърхностни характеристики с остри ъгли, като частиците са разположени във върховете на триъгълната област. Много проучвания също приписват произхода на политипните включвания на повърхностни драскотини, микротръби и неправилни параметри на процеса на растеж.
Дефект на моркова
Дефектът на моркова е комплекс от дефекти на подреждане с два края, разположени в базалните кристални равнини на TSD и SF, завършващи с дислокация от тип Франк, а размерът на дефекта на моркова е свързан с призматичния дефект на подреждане. Комбинацията от тези характеристики формира повърхностната морфология на дефекта на моркова, който изглежда като форма на морков с плътност по-малка от 1 cm-2, както е показано на фигура 4f. Дефектите на морковите се образуват лесно при полиращи драскотини, TSD или дефекти на субстрата.
Драскотини
Драскотините са механични повреди по повърхността на SiC пластини, образувани по време на производствения процес, както е показано на фигура 4h. Драскотините върху SiC субстрата могат да попречат на растежа на епислоя, да произведат редица дислокации с висока плътност в епислоя или драскотините могат да станат основа за образуването на дефекти на моркова. Следователно е изключително важно да се полират правилно SiC пластините, тъй като тези драскотини могат да окажат значително влияние върху производителността на устройството, когато се появят в активната зона на устройството.
Други повърхностни морфологични дефекти
Стъпаловидно групиране е повърхностен дефект, образуван по време на процеса на епитаксиален растеж на SiC, който произвежда тъпи триъгълници или трапецовидни характеристики на повърхността на епислоя SiC. Има много други повърхностни дефекти, като повърхностни ями, неравности и петна. Тези дефекти обикновено се причиняват от неоптимизирани процеси на растеж и непълно отстраняване на щетите от полирането, което се отразява неблагоприятно на работата на устройството.
Време на публикуване: 05 юни 2024 г