Kerneteknologien til vækst afSiC epitaksialmaterialer er først og fremmest defektkontrolteknologi, især for defektkontrolteknologi, der er tilbøjelig til enhedsfejl eller forringelse af pålideligheden. Studiet af mekanismen for substratdefekter, der strækker sig ind i det epitaksiale lag under den epitaksiale vækstproces, overførsels- og transformationslovene for defekter ved grænsefladen mellem substratet og det epitaksiale lag, og nukleationsmekanismen for defekter er grundlaget for at afklare sammenhængen mellem substratfejl og epitaksiale strukturelle defekter, som effektivt kan vejlede substratscreening og epitaksial procesoptimering.
Defekterne vedsiliciumcarbid epitaksiale lager hovedsageligt opdelt i to kategorier: krystaldefekter og overflademorfologiske defekter. Krystaldefekter, herunder punktdefekter, skrue-dislokationer, mikrotubuli-defekter, kantdislokationer osv., stammer for det meste fra defekter på SiC-substrater og diffunderer ind i det epitaksiale lag. Overflademorfologiske defekter kan observeres direkte med det blotte øje ved hjælp af et mikroskop og har typiske morfologiske karakteristika. Overflademorfologiske defekter omfatter hovedsageligt: Ridse, Trekantedefekt, Gulerodsdefekt, Nedfald og Partikel, som vist i figur 4. Under den epitaksiale proces kan fremmede partikler, substratdefekter, overfladeskader og epitaksiale procesafvigelser alle påvirke det lokale trinflow. væksttilstand, hvilket resulterer i overflademorfologiske defekter.
Tabel 1.Årsager til dannelse af almindelige matrixdefekter og overflademorfologiske defekter i SiC epitaksiale lag
Punktfejl
Punktdefekter dannes af tomrum eller mellemrum ved et enkelt gitterpunkt eller flere gitterpunkter, og de har ingen rumlig forlængelse. Punktdefekter kan forekomme i enhver produktionsproces, især ved ionimplantation. De er dog svære at opdage, og forholdet mellem transformation af punktfejl og andre defekter er også ret komplekst.
Mikrorør (MP)
Mikrorør er hule skrueforskydninger, der forplanter sig langs vækstaksen med en Burgers-vektor <0001>. Diameteren af mikrorør varierer fra en brøkdel af en mikron til snesevis af mikron. Mikrorør viser store pit-lignende overfladetræk på overfladen af SiC-wafere. Typisk er tætheden af mikrorør omkring 0,1 ~ 1 cm-2 og fortsætter med at falde i kommerciel waferproduktionskvalitetsovervågning.
Skruedislokationer (TSD) og kantdislokationer (TED)
Dislokationer i SiC er hovedkilden til enhedsnedbrydning og fejl. Både skruedislokationer (TSD) og kantdislokationer (TED) løber langs vækstaksen med Burgers vektorer på <0001> og 1/3<11–20>, henholdsvis.
Både skrueforskydninger (TSD) og kantforskydninger (TED) kan strække sig fra substratet til waferoverfladen og bringe små pitlignende overfladetræk (figur 4b). Typisk er tætheden af kantforskydninger omkring 10 gange tætheden af skrueforskydninger. Udstrakte skrueforskydninger, det vil sige strækker sig fra substratet til epilaget, kan også forvandle sig til andre defekter og forplante sig langs vækstaksen. UnderSiC epitaksialvækst, omdannes skrueforskydninger til stablingsfejl (SF) eller gulerodsdefekter, mens kantdislokationer i epilag viser sig at være konverteret fra basalplandislokationer (BPD'er) nedarvet fra substratet under epitaksial vækst.
Grundlæggende plan dislokation (BPD)
Placeret på SiC-basalplanet med en Burgers-vektor på 1/3 <11–20>. BPD'er vises sjældent på overfladen af SiC-wafere. De er normalt koncentreret på underlaget med en tæthed på 1500 cm-2, mens deres tæthed i epilaget kun er omkring 10 cm-2. Påvisning af BPD'er ved hjælp af fotoluminescens (PL) viser lineære træk, som vist i figur 4c. UnderSiC epitaksialvækst, kan forlængede BPD'er konverteres til stablingsfejl (SF) eller kantdislokationer (TED).
Stablingsfejl (SF'er)
Defekter i stablingssekvensen af SiC-basalplanet. Stablefejl kan forekomme i det epitaksiale lag ved at nedarve SF'er i substratet eller være relateret til forlængelse og transformation af basalplan dislokationer (BPD'er) og gevindskrue dislokationer (TSD'er). Generelt er tætheden af SF'er mindre end 1 cm-2, og de udviser en trekantet funktion, når de detekteres ved hjælp af PL, som vist i figur 4e. Der kan dog dannes forskellige typer stablingsfejl i SiC, såsom Shockley-typen og Frank-typen, fordi selv en lille mængde stablingsenergiforstyrrelser mellem planer kan føre til en betydelig uregelmæssighed i stablingssekvensen.
Fald
Nedfaldsdefekten stammer hovedsageligt fra partikelfaldet på reaktionskammerets over- og sidevægge under vækstprocessen, hvilket kan optimeres ved at optimere den periodiske vedligeholdelsesproces af reaktionskammerets grafitforbrugsvarer.
Trekantet defekt
Det er en 3C-SiC polytype inklusion, der strækker sig til overfladen af SiC epilaget langs basalplanets retning, som vist i figur 4g. Det kan genereres af de faldende partikler på overfladen af SiC epilaget under epitaksial vækst. Partiklerne er indlejret i epilaget og interfererer med vækstprocessen, hvilket resulterer i 3C-SiC polytype indeslutninger, som viser skarpvinklede trekantede overfladetræk med partiklerne placeret ved hjørnerne af det trekantede område. Mange undersøgelser har også tilskrevet oprindelsen af polytype-indeslutninger til overfladeridser, mikrorør og ukorrekte parametre for vækstprocessen.
Gulerodsdefekt
En gulerodsdefekt er et stablingsforkastningskompleks med to ender placeret ved TSD- og SF-basalkrystalplanerne, afsluttet af en Frank-type dislokation, og størrelsen af gulerodsdefekten er relateret til den prismatiske stablingsfejl. Kombinationen af disse træk danner overflademorfologien af gulerodsdefekten, som ligner en gulerodsform med en tæthed på mindre end 1 cm-2, som vist i figur 4f. Gulerodsdefekter dannes let ved poleringsridser, TSD'er eller substratfejl.
Ridser
Ridser er mekaniske skader på overfladen af SiC-wafere dannet under produktionsprocessen, som vist i figur 4h. Ridser på SiC-substratet kan forstyrre væksten af epilaget, producere en række af højdensitetsforskydninger i epilaget, eller ridser kan blive grundlaget for dannelsen af gulerodsdefekter. Derfor er det afgørende at polere SiC-wafere korrekt, fordi disse ridser kan have en betydelig indvirkning på enhedens ydeevne, når de vises i det aktive område af enheden.
Andre overflademorfologiske defekter
Trinbundning er en overfladedefekt dannet under SiC epitaksial vækstproces, som producerer stumpe trekanter eller trapezformede træk på overfladen af SiC epilaget. Der er mange andre overfladefejl, såsom overfladegruber, buler og pletter. Disse defekter er normalt forårsaget af uoptimerede vækstprocesser og ufuldstændig fjernelse af poleringsskader, hvilket påvirker enhedens ydeevne negativt.
Indlægstid: 05-jun-2024