Základní technologie pro růstSiC epitaxnímateriálů je za prvé technologie kontroly defektů, zejména pro technologii kontroly defektů, která je náchylná k selhání zařízení nebo ke snížení spolehlivosti. Studium mechanismu defektů substrátu zasahujících do epitaxní vrstvy během procesu epitaxního růstu, přenosové a transformační zákony defektů na rozhraní mezi substrátem a epitaxní vrstvou a nukleační mechanismus defektů jsou základem pro objasnění korelace mezi defekty substrátu a epitaxní strukturální defekty, které mohou účinně vést screening substrátu a optimalizaci epitaxního procesu.
Vady zepitaxní vrstvy karbidu křemíkuse dělí hlavně do dvou kategorií: defekty krystalů a defekty povrchové morfologie. Krystalové defekty, včetně bodových defektů, šroubových dislokací, mikrotubulových defektů, okrajových dislokací atd., většinou pocházejí z defektů na SiC substrátech a difundují do epitaxní vrstvy. Vady povrchové morfologie lze přímo pozorovat pouhým okem pomocí mikroskopu a mají typické morfologické vlastnosti. Mezi defekty povrchové morfologie patří hlavně: škrábance, trojúhelníkový defekt, mrkvový defekt, pád a částice, jak je znázorněno na obrázku 4. Během epitaxního procesu mohou cizí částice, defekty substrátu, poškození povrchu a odchylky epitaxního procesu, to vše ovlivnit místní krokový tok způsob růstu, což vede k defektům povrchové morfologie.
Tabulka 1. Příčiny vzniku běžných defektů matrice a defektů povrchové morfologie v epitaxních vrstvách SiC
Bodové vady
Bodové defekty jsou tvořeny mezerami nebo mezerami v jednom nebo několika bodech mřížky a nemají prostorové rozšíření. Bodové defekty se mohou vyskytnout v každém výrobním procesu, zejména při iontové implantaci. Jsou však obtížně detekovatelné a vztah mezi transformací bodových defektů a jinými defekty je také poměrně složitý.
Mikrotrubky (MP)
Mikropipes jsou duté šroubové dislokace, které se šíří podél osy růstu s Burgersovým vektorem <0001>. Průměr mikrozkumavek se pohybuje od zlomku mikronu do desítek mikronů. Mikrozkumavky vykazují na povrchu SiC destiček velké důlkovité povrchové rysy. Typicky je hustota mikrozkumavek asi 0,1~1 cm-2 a při komerčním monitorování kvality výroby destiček se stále snižuje.
Šroubové dislokace (TSD) a okrajové dislokace (TED)
Dislokace v SiC jsou hlavním zdrojem degradace a selhání zařízení. Obě šroubové dislokace (TSD) a okrajové dislokace (TED) probíhají podél osy růstu s Burgersovými vektory <0001> a 1/3<11–20>.
Šroubové dislokace (TSD) i okrajové dislokace (TED) se mohou rozšiřovat ze substrátu na povrch plátku a přinášet malé povrchové útvary připomínající důlky (obrázek 4b). Typicky je hustota okrajových dislokací asi 10krát větší než u šroubových dislokací. Prodloužené šroubové dislokace, to znamená, že se táhnou od substrátu k epivrstvě, se mohou také transformovat na jiné defekty a šířit se podél osy růstu. BěhemSiC epitaxnírůstu, šroubové dislokace jsou přeměněny na stohovací chyby (SF) nebo mrkvové defekty, zatímco okrajové dislokace v epivrstvách jsou konvertovány z dislokací bazální roviny (BPD) zděděných ze substrátu během epitaxního růstu.
Základní rovinná dislokace (BPD)
Nachází se v bazální rovině SiC, s Burgersovým vektorem 1/3 <11–20>. BPD se na povrchu SiC waferů objevují jen zřídka. Obvykle jsou koncentrovány na substrátu o hustotě 1500 cm-2, přičemž jejich hustota v epivrstvě je jen asi 10 cm-2. Detekce BPD pomocí fotoluminiscence (PL) vykazuje lineární rysy, jak je znázorněno na obrázku 4c. BěhemSiC epitaxnírůstu mohou být rozšířené BPD přeměněny na stohovací chyby (SF) nebo okrajové dislokace (TED).
Chyby stohování (SF)
Defekty v pořadí stohování bazální roviny SiC. Poruchy stohování se mohou objevit v epitaxní vrstvě zděděním SF v substrátu nebo souviset s rozšířením a transformací dislokací bazální roviny (BPD) a dislokací závitových šroubů (TSD). Obecně je hustota SF menší než 1 cm-2 a při detekci pomocí PL vykazují trojúhelníkový znak, jak je znázorněno na obrázku 4e. V SiC se však mohou tvořit různé typy vrstvených poruch, jako je typ Shockley a typ Frank, protože i malé množství poruchy vrstvené energie mezi rovinami může vést ke značné nepravidelnosti v sekvenci vrstvení.
Pád
Vada pádu pochází hlavně z pádu částic na horní a boční stěny reakční komory během procesu růstu, který lze optimalizovat optimalizací procesu periodické údržby grafitových spotřebních materiálů reakční komory.
Trojúhelníková vada
Je to inkluze polytypu 3C-SiC, která se rozprostírá k povrchu epivrstvy SiC ve směru bazální roviny, jak je znázorněno na obrázku 4g. Může být generován padajícími částicemi na povrch SiC epivrstvy během epitaxního růstu. Částice jsou zapuštěny v epivrstvě a interferují s procesem růstu, což vede k inkluzím polytypu 3C-SiC, které vykazují trojúhelníkové povrchové rysy s ostrými úhly, přičemž částice jsou umístěny ve vrcholech trojúhelníkové oblasti. Mnoho studií také připisuje původ polytypových inkluzí povrchovým škrábancům, mikrotrubkám a nesprávným parametrům procesu růstu.
Mrkvová vada
Mrkvový defekt je komplex stohovací poruchy se dvěma konci umístěnými v bazálních krystalových rovinách TSD a SF, ukončený dislokací Frankova typu a velikost defektu mrkve souvisí s prizmatickou stohovací poruchou. Kombinace těchto znaků tvoří povrchovou morfologii defektu mrkve, který vypadá jako tvar mrkve s hustotou menší než 1 cm-2, jak je znázorněno na obrázku 4f. Vady mrkve se snadno tvoří při škrábancích při leštění, TSD nebo defektech substrátu.
Škrábance
Škrábance jsou mechanické poškození na povrchu SiC destiček vytvořených během výrobního procesu, jak je znázorněno na obrázku 4h. Škrábance na substrátu SiC mohou narušovat růst epivrstvy, vytvářet řadu dislokací s vysokou hustotou v epivrstvě nebo se škrábance mohou stát základem pro tvorbu defektů mrkve. Proto je důležité řádně vyleštit destičky SiC, protože tyto škrábance mohou mít významný dopad na výkon zařízení, když se objeví v aktivní oblasti zařízení.
Jiné vady morfologie povrchu
Stupňovité shlukování je povrchový defekt vytvořený během procesu epitaxního růstu SiC, který vytváří tupé trojúhelníky nebo lichoběžníkové prvky na povrchu epivrstvy SiC. Existuje mnoho dalších povrchových defektů, jako jsou povrchové jamky, hrbolky a skvrny. Tyto vady jsou obvykle způsobeny neoptimalizovanými růstovými procesy a neúplným odstraněním poškození leštěním, což nepříznivě ovlivňuje výkon zařízení.
Čas odeslání: 05.06.2024