Η βασική τεχνολογία για την ανάπτυξη τουSiC επιταξιακόυλικά είναι πρώτα η τεχνολογία ελέγχου ελαττωμάτων, ειδικά για την τεχνολογία ελέγχου ελαττωμάτων που είναι επιρρεπής σε αστοχία της συσκευής ή υποβάθμιση της αξιοπιστίας. Η μελέτη του μηχανισμού των ελαττωμάτων του υποστρώματος που εκτείνονται στο επιταξιακό στρώμα κατά τη διαδικασία επιταξιακής ανάπτυξης, οι νόμοι μεταφοράς και μετασχηματισμού των ελαττωμάτων στη διεπιφάνεια μεταξύ του υποστρώματος και του επιταξιακού στρώματος και ο μηχανισμός πυρήνωσης των ελαττωμάτων αποτελούν τη βάση για την αποσαφήνιση της συσχέτισης μεταξύ ελαττώματα υποστρώματος και επιταξιακά δομικά ελαττώματα, τα οποία μπορούν να καθοδηγήσουν αποτελεσματικά τον έλεγχο του υποστρώματος και τη βελτιστοποίηση της επιταξιακής διαδικασίας.
Τα ελαττώματα τουεπιταξιακά στρώματα καρβιδίου του πυριτίουχωρίζονται κυρίως σε δύο κατηγορίες: κρυσταλλικά ελαττώματα και ελαττώματα μορφολογίας επιφανειών. Τα κρυσταλλικά ελαττώματα, συμπεριλαμβανομένων ελαττωμάτων σημείου, εξαρθρώσεων βιδών, ελαττωμάτων μικροσωληνίσκων, εξαρθρώσεων ακμών, κ.λπ., προέρχονται κυρίως από ελαττώματα σε υποστρώματα SiC και διαχέονται στο επιταξιακό στρώμα. Τα ελαττώματα της μορφολογίας της επιφάνειας μπορούν να παρατηρηθούν άμεσα με γυμνό μάτι χρησιμοποιώντας μικροσκόπιο και έχουν τυπικά μορφολογικά χαρακτηριστικά. Τα ελαττώματα της μορφολογίας της επιφάνειας περιλαμβάνουν κυρίως: γρατσουνιά, τριγωνικό ελάττωμα, ελάττωμα καρότου, πτώση και σωματίδια, όπως φαίνεται στο σχήμα 4. Κατά τη διάρκεια της επιταξιακής διαδικασίας, ξένα σωματίδια, ελαττώματα υποστρώματος, επιφανειακές βλάβες και επιταξιακές αποκλίσεις μπορεί να επηρεάσουν την τοπική ροή βήματος τρόπο ανάπτυξης, με αποτέλεσμα ελαττώματα μορφολογίας της επιφάνειας.
Πίνακας 1.Αιτίες για το σχηματισμό κοινών ελαττωμάτων μήτρας και μορφολογικών ελαττωμάτων επιφανείας σε επιταξιακά στρώματα SiC
Σημειακά ελαττώματα
Τα σημειακά ελαττώματα σχηματίζονται από κενά ή κενά σε ένα μόνο σημείο πλέγματος ή σε πολλά σημεία πλέγματος και δεν έχουν χωρική επέκταση. Σημειακά ελαττώματα μπορεί να εμφανιστούν σε κάθε διαδικασία παραγωγής, ειδικά στην εμφύτευση ιόντων. Ωστόσο, είναι δύσκολο να εντοπιστούν και η σχέση μεταξύ του μετασχηματισμού των σημειακών ελαττωμάτων και άλλων ελαττωμάτων είναι επίσης αρκετά περίπλοκη.
Μικροσωλήνες (MP)
Οι μικροσωλήνες είναι εξαρθρήματα κοίλων βιδών που διαδίδονται κατά μήκος του άξονα ανάπτυξης, με διάνυσμα Burgers <0001>. Η διάμετρος των μικροσωλήνων κυμαίνεται από ένα κλάσμα του μικρού έως δεκάδες μικρά. Οι μικροσωλήνες εμφανίζουν μεγάλα επιφανειακά χαρακτηριστικά που μοιάζουν με κοιλώματα στην επιφάνεια των πλακών SiC. Τυπικά, η πυκνότητα των μικροσωλήνων είναι περίπου 0,1~1 cm-2 και συνεχίζει να μειώνεται στην εμπορική παρακολούθηση της ποιότητας της παραγωγής γκοφρέτας.
Εξαρθρήματα βιδών (TSD) και εξαρθρήματα ακμών (TED)
Οι εξαρθρώσεις στο SiC είναι η κύρια πηγή υποβάθμισης και αστοχίας της συσκευής. Και οι δύο εξαρθρώσεις βιδών (TSD) και οι εξαρθρώσεις άκρων (TED) τρέχουν κατά μήκος του άξονα ανάπτυξης, με διανύσματα Burgers <0001> και 1/3<11–20>, αντίστοιχα.
Τόσο οι εξαρθρώσεις βιδών (TSD) όσο και οι εξαρθρώσεις άκρων (TED) μπορούν να επεκταθούν από το υπόστρωμα στην επιφάνεια του πλακιδίου και να φέρουν μικρά χαρακτηριστικά επιφάνειας που μοιάζουν με κοιλώματα (Εικόνα 4β). Τυπικά, η πυκνότητα των εξαρθρώσεων ακμών είναι περίπου 10 φορές μεγαλύτερη από αυτή των εξαρθρώσεων των βιδών. Οι εκτεταμένες εξαρθρώσεις των βιδών, δηλαδή, που εκτείνονται από το υπόστρωμα προς την επιστιβάδα, μπορεί επίσης να μετατραπούν σε άλλα ελαττώματα και να διαδοθούν κατά μήκος του άξονα ανάπτυξης. Κατά την διάρκειαSiC επιταξιακόανάπτυξη, οι εξαρθρώσεις των βιδών μετατρέπονται σε ελαττώματα στοίβαξης (SF) ή ελαττώματα καρότου, ενώ οι εξαρθρώσεις άκρων στις επιστιβάδες φαίνεται ότι μετατρέπονται από εξαρθρήματα βασικού επιπέδου (BPDs) που κληρονομήθηκαν από το υπόστρωμα κατά την επιταξιακή ανάπτυξη.
Βασική εξάρθρωση επιπέδου (BPD)
Βρίσκεται στο βασικό επίπεδο SiC, με διάνυσμα Burgers 1/3 <11–20>. Οι BPD σπάνια εμφανίζονται στην επιφάνεια των πλακών SiC. Συνήθως συγκεντρώνονται στο υπόστρωμα με πυκνότητα 1500 cm-2, ενώ η πυκνότητά τους στην επίστρωση είναι μόνο περίπου 10 cm-2. Η ανίχνευση BPDs χρησιμοποιώντας φωτοφωταύγεια (PL) δείχνει γραμμικά χαρακτηριστικά, όπως φαίνεται στο Σχήμα 4γ. Κατά την διάρκειαSiC επιταξιακόανάπτυξη, τα εκτεταμένα BPD μπορούν να μετατραπούν σε σφάλματα στοίβαξης (SF) ή σε εξαρθρήματα άκρων (TED).
Σφάλματα στοίβαξης (SF)
Ελαττώματα στην ακολουθία στοίβαξης του βασικού επιπέδου SiC. Τα σφάλματα στοίβαξης μπορούν να εμφανιστούν στο επιταξιακό στρώμα κληρονομώντας SF στο υπόστρωμα ή να σχετίζονται με την επέκταση και τον μετασχηματισμό των εξαρθρώσεων βασικού επιπέδου (BPDs) και των εξαρθρώσεων βιδών σπειρώματος (TSDs). Γενικά, η πυκνότητα των SF είναι μικρότερη από 1 cm-2 και παρουσιάζουν ένα τριγωνικό χαρακτηριστικό όταν ανιχνεύονται με χρήση PL, όπως φαίνεται στο Σχήμα 4e. Ωστόσο, μπορούν να δημιουργηθούν διάφοροι τύποι σφαλμάτων στοίβαξης στο SiC, όπως ο τύπος Shockley και ο τύπος Frank, επειδή ακόμη και μια μικρή διαταραχή ενέργειας στοίβαξης μεταξύ των επιπέδων μπορεί να οδηγήσει σε σημαντική ανωμαλία στην ακολουθία στοίβαξης.
Καταιγίδα
Το ελάττωμα πτώσης προέρχεται κυρίως από την πτώση σωματιδίων στα άνω και πλευρικά τοιχώματα του θαλάμου αντίδρασης κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ανάπτυξης, η οποία μπορεί να βελτιστοποιηθεί με τη βελτιστοποίηση της διαδικασίας περιοδικής συντήρησης των αναλωσίμων γραφίτη του θαλάμου αντίδρασης.
Τριγωνικό ελάττωμα
Είναι ένα έγκλειστο πολυτύπου 3C-SiC που εκτείνεται στην επιφάνεια της επιστιβάδας SiC κατά μήκος της κατεύθυνσης του βασικού επιπέδου, όπως φαίνεται στο Σχήμα 4g. Μπορεί να δημιουργηθεί από τα σωματίδια που πέφτουν στην επιφάνεια της επιστιβάδας SiC κατά την επιταξιακή ανάπτυξη. Τα σωματίδια είναι ενσωματωμένα στην επίστρωση και παρεμβαίνουν στη διαδικασία ανάπτυξης, με αποτέλεσμα εγκλείσματα πολυτύπου 3C-SiC, τα οποία εμφανίζουν χαρακτηριστικά τριγωνικής επιφάνειας με οξεία γωνία με τα σωματίδια που βρίσκονται στις κορυφές της τριγωνικής περιοχής. Πολλές μελέτες έχουν επίσης αποδώσει την προέλευση των εγκλεισμάτων πολυτύπων σε επιφανειακές γρατζουνιές, μικροσωλήνες και ακατάλληλες παραμέτρους της διαδικασίας ανάπτυξης.
Ελάττωμα καρότου
Ένα ελάττωμα καρότου είναι ένα σύμπλεγμα ρήγματος στοίβαξης με δύο άκρα που βρίσκονται στα επίπεδα των βασικών κρυστάλλων TSD και SF, που τερματίζονται από μια εξάρθρωση τύπου Frank και το μέγεθος του ελαττώματος καρότου σχετίζεται με το πρισματικό σφάλμα στοίβαξης. Ο συνδυασμός αυτών των χαρακτηριστικών σχηματίζει τη μορφολογία της επιφάνειας του ελαττώματος καρότου, το οποίο μοιάζει με σχήμα καρότου με πυκνότητα μικρότερη από 1 cm-2, όπως φαίνεται στο Σχήμα 4στ. Τα ελαττώματα καρότου σχηματίζονται εύκολα σε γρατσουνιές γυαλίσματος, TSD ή ελαττώματα υποστρώματος.
Γρατσουνιές
Οι γρατσουνιές είναι μηχανικές βλάβες στην επιφάνεια των πλακών SiC που σχηματίζονται κατά τη διαδικασία παραγωγής, όπως φαίνεται στο Σχήμα 4h. Οι γρατσουνιές στο υπόστρωμα SiC μπορεί να επηρεάσουν την ανάπτυξη της επιστιβάδας, να προκαλέσουν μια σειρά από εξαρθρήματα υψηλής πυκνότητας εντός της επιστρώματος ή οι γρατσουνιές μπορεί να αποτελέσουν τη βάση για το σχηματισμό ελαττωμάτων καρότου. Επομένως, είναι σημαντικό να γυαλίζετε σωστά τις γκοφρέτες SiC, επειδή αυτές οι γρατσουνιές μπορεί να έχουν σημαντικό αντίκτυπο στην απόδοση της συσκευής όταν εμφανίζονται στην ενεργή περιοχή του τη συσκευή.
Άλλα ελαττώματα επιφανειακής μορφολογίας
Η συσσώρευση σταδίων είναι ένα επιφανειακό ελάττωμα που σχηματίζεται κατά τη διαδικασία της επιταξιακής ανάπτυξης του SiC, το οποίο δημιουργεί αμβλεία τρίγωνα ή τραπεζοειδή χαρακτηριστικά στην επιφάνεια της επιστιβάδας SiC. Υπάρχουν πολλά άλλα ελαττώματα επιφάνειας, όπως επιφανειακά κοιλώματα, χτυπήματα και λεκέδες. Αυτά τα ελαττώματα προκαλούνται συνήθως από μη βελτιστοποιημένες διαδικασίες ανάπτυξης και ατελής αφαίρεση της ζημιάς στίλβωσης, η οποία επηρεάζει αρνητικά την απόδοση της συσκευής.
Ώρα δημοσίευσης: Ιουν-05-2024