La tecnologia bàsica per al creixement deSiC epitaxialEls materials són, en primer lloc, la tecnologia de control de defectes, especialment per a la tecnologia de control de defectes que és propensa a la fallada del dispositiu o la degradació de la fiabilitat. L'estudi del mecanisme dels defectes del substrat que s'estenen a la capa epitaxial durant el procés de creixement epitaxial, les lleis de transferència i transformació dels defectes a la interfície entre el substrat i la capa epitaxial i el mecanisme de nucleació dels defectes són la base per aclarir la correlació entre defectes del substrat i defectes estructurals epitaxials, que poden guiar eficaçment el cribratge del substrat i l'optimització del procés epitaxial.
Els defectes decapes epitaxials de carbur de silicies divideixen principalment en dues categories: defectes de cristall i defectes de morfologia superficial. Els defectes del cristall, inclosos els defectes puntuals, les dislocacions del cargol, els defectes dels microtúbuls, les dislocacions de les vores, etc., s'originen principalment a partir de defectes en substrats de SiC i es difonen a la capa epitaxial. Els defectes de la morfologia superficial es poden observar directament a ull nu mitjançant un microscopi i tenen característiques morfològiques típiques. Els defectes de la morfologia superficial inclouen principalment: rascada, defecte triangular, defecte de pastanaga, caiguda i partícules, tal com es mostra a la figura 4. Durant el procés epitaxial, les partícules estranyes, els defectes del substrat, els danys a la superfície i les desviacions del procés epitaxial poden afectar el flux de pas local. mode de creixement, donant lloc a defectes de morfologia superficial.
Taula 1. Causes de la formació de defectes de matriu comuns i defectes de morfologia superficial en capes epitaxials de SiC
Defectes puntuals
Els defectes puntuals estan formats per buits o buits en un únic punt de gelosia o diversos punts de gelosia, i no tenen extensió espacial. Es poden produir defectes puntuals en tots els processos de producció, especialment en la implantació d'ions. Tanmateix, són difícils de detectar i la relació entre la transformació de defectes puntuals i altres defectes també és força complexa.
Microtubes (MP)
Les microtubes són dislocacions de cargol buits que es propaguen al llarg de l'eix de creixement, amb un vector Burgers <0001>. El diàmetre dels microtubs oscil·la entre una fracció de micres i desenes de micres. Els microtubs mostren grans característiques superficials semblants a un pou a la superfície de les hòsties de SiC. Normalment, la densitat dels microtubs és d'uns 0,1 ~ 1 cm-2 i continua disminuint en el control de la qualitat de la producció comercial d'hòsties.
Luxacions de cargol (TSD) i luxacions de vora (TED)
Les dislocacions en SiC són la principal font de degradació i fallada del dispositiu. Tant les dislocacions de cargol (TSD) com les de vora (TED) corren al llarg de l'eix de creixement, amb vectors Burgers de <0001> i 1/3 <11–20>, respectivament.
Tant les dislocacions de cargol (TSD) com les dislocacions de vora (TED) poden estendre's des del substrat fins a la superfície de l'hòstia i aportar petites característiques superficials semblants a un fossat (figura 4b). Normalment, la densitat de les luxacions de les vores és d'aproximadament 10 vegades la de les luxacions dels cargols. Les dislocacions de cargol esteses, és a dir, que s'estenen des del substrat fins a l'epicapa, també poden transformar-se en altres defectes i propagar-se al llarg de l'eix de creixement. DurantSiC epitaxialcreixement, les luxacions del cargol es converteixen en falles d'apilament (SF) o defectes de pastanaga, mentre que es demostra que les luxacions de vora en epicapes es converteixen a partir de dislocacions del pla basal (BPD) heretades del substrat durant el creixement epitaxial.
Luxació plana bàsica (BPD)
Situat al pla basal de SiC, amb un vector Burgers d'1/3 <11–20>. Els BPD rarament apareixen a la superfície de les hòsties de SiC. Normalment es concentren en el substrat amb una densitat de 1500 cm-2, mentre que la seva densitat a l'epilapa només és d'uns 10 cm-2. La detecció de BPD mitjançant fotoluminescència (PL) mostra característiques lineals, tal com es mostra a la figura 4c. DurantSiC epitaxialcreixement, els BPD estesos es poden convertir en falles d'apilament (SF) o dislocacions de vora (TED).
Falles d'apilament (SF)
Defectes en la seqüència d'apilament del pla basal de SiC. Les falles d'apilament poden aparèixer a la capa epitaxial heretant SF al substrat, o estar relacionades amb l'extensió i transformació de les luxacions del pla basal (BPD) i les dislocacions del cargol de rosca (TSD). En general, la densitat dels SF és inferior a 1 cm-2 i presenten una característica triangular quan es detecten mitjançant PL, tal com es mostra a la figura 4e. Tanmateix, es poden formar diversos tipus de falles d'apilament en SiC, com ara el tipus Shockley i el tipus Frank, perquè fins i tot una petita quantitat de desordre d'energia d'apilament entre plans pot provocar una irregularitat considerable en la seqüència d'apilament.
Caiguda
El defecte de caiguda prové principalment de la caiguda de partícules a les parets superior i lateral de la cambra de reacció durant el procés de creixement, que es pot optimitzar optimitzant el procés de manteniment periòdic dels consumibles de grafit de la cambra de reacció.
Defecte triangular
Es tracta d'una inclusió de politipus 3C-SiC que s'estén a la superfície de l'epicapa de SiC al llarg de la direcció del pla basal, tal com es mostra a la figura 4g. Pot ser generat per les partícules que cauen a la superfície de la capa epitaxial de SiC durant el creixement epitaxial. Les partícules estan incrustades a la capa epilatera i interfereixen amb el procés de creixement, donant lloc a inclusions de politips 3C-SiC, que mostren característiques superficials triangulars d'angles aguts amb les partícules situades als vèrtexs de la regió triangular. Molts estudis també han atribuït l'origen de les inclusions de politips a rascades superficials, microtubes i paràmetres inadequats del procés de creixement.
Defecte de pastanaga
Un defecte de pastanaga és un complex de falla d'apilament amb dos extrems situats als plànols de cristall basal TSD i SF, acabat per una luxació de tipus Frank, i la mida del defecte de la pastanaga està relacionada amb la falla d'apilament prismàtic. La combinació d'aquestes característiques forma la morfologia superficial del defecte de la pastanaga, que sembla una forma de pastanaga amb una densitat inferior a 1 cm-2, tal com es mostra a la figura 4f. Els defectes de pastanaga es formen fàcilment en esgarrapades de poliment, TSD o defectes del substrat.
Esgarrapades
Les ratllades són danys mecànics a la superfície de les hòsties de SiC formades durant el procés de producció, tal com es mostra a la figura 4h. Les ratllades al substrat de SiC poden interferir amb el creixement de l'epilapa, produir una fila de dislocacions d'alta densitat dins de la capa epilatera o les rascades poden convertir-se en la base per a la formació de defectes de pastanaga. Per tant, és fonamental polir correctament les hòsties de SiC perquè aquestes ratllades poden tenir un impacte significatiu en el rendiment del dispositiu quan apareixen a la zona activa del dispositiu.
Altres defectes de morfologia superficial
L'agrupament de pas és un defecte superficial format durant el procés de creixement epitaxial de SiC, que produeix triangles obtusos o característiques trapezoïdals a la superfície de la capa epitaxial de SiC. Hi ha molts altres defectes superficials, com ara fosses superficials, cops i taques. Aquests defectes solen ser causats per processos de creixement no optimitzats i per l'eliminació incompleta dels danys de poliment, que afecta negativament el rendiment del dispositiu.
Hora de publicació: Jun-05-2024