La tecnología central para el crecimiento deepitaxial de SiCmateriales es, en primer lugar, la tecnología de control de defectos, especialmente para la tecnología de control de defectos que es propensa a fallas del dispositivo o degradación de la confiabilidad. El estudio del mecanismo de los defectos del sustrato que se extienden hacia la capa epitaxial durante el proceso de crecimiento epitaxial, las leyes de transferencia y transformación de los defectos en la interfaz entre el sustrato y la capa epitaxial y el mecanismo de nucleación de los defectos son la base para aclarar la correlación entre Defectos del sustrato y defectos estructurales epitaxiales, que pueden guiar eficazmente la detección del sustrato y la optimización del proceso epitaxial.
los defectos decapas epitaxiales de carburo de siliciose dividen principalmente en dos categorías: defectos cristalinos y defectos morfológicos de la superficie. Los defectos cristalinos, incluidos defectos puntuales, dislocaciones de tornillos, defectos de microtúbulos, dislocaciones de bordes, etc., se originan principalmente a partir de defectos en sustratos de SiC y se difunden hacia la capa epitaxial. Los defectos de la morfología de la superficie se pueden observar directamente a simple vista utilizando un microscopio y tienen características morfológicas típicas. Los defectos de la morfología de la superficie incluyen principalmente: rayado, defecto triangular, defecto de zanahoria, caída y partícula, como se muestra en la Figura 4. Durante el proceso epitaxial, las partículas extrañas, los defectos del sustrato, el daño superficial y las desviaciones del proceso epitaxial pueden afectar el flujo del paso local. modo de crecimiento, lo que resulta en defectos de morfología de la superficie.
Tabla 1. Causas de la formación de defectos de matriz comunes y defectos de morfología de superficie en capas epitaxiales de SiC
Defectos puntuales
Los defectos puntuales se forman por vacantes o espacios en uno o varios puntos de la red y no tienen extensión espacial. Pueden producirse defectos puntuales en todos los procesos de producción, especialmente en la implantación de iones. Sin embargo, son difíciles de detectar y la relación entre la transformación de los defectos puntuales y otros defectos también es bastante compleja.
Microtubos (MP)
Los microtubos son dislocaciones de tornillos huecos que se propagan a lo largo del eje de crecimiento, con un vector de Burgers <0001>. El diámetro de los microtubos varía desde una fracción de micra hasta decenas de micras. Los microtubos muestran grandes características superficiales similares a hoyos en la superficie de las obleas de SiC. Normalmente, la densidad de los microtubos es de aproximadamente 0,1 ~ 1 cm-2 y continúa disminuyendo en el control de calidad de la producción de obleas comerciales.
Luxaciones de tornillos (TSD) y luxaciones de borde (TED)
Las dislocaciones en SiC son la principal fuente de degradación y falla del dispositivo. Tanto las dislocaciones de tornillo (TSD) como las dislocaciones de borde (TED) corren a lo largo del eje de crecimiento, con vectores de Burgers de <0001> y 1/3 <11–20>, respectivamente.
Tanto las dislocaciones de tornillo (TSD) como las dislocaciones de borde (TED) pueden extenderse desde el sustrato hasta la superficie de la oblea y generar pequeñas características superficiales similares a hoyos (Figura 4b). Normalmente, la densidad de las dislocaciones de borde es aproximadamente 10 veces mayor que la de las dislocaciones de tornillos. Las dislocaciones extendidas de los tornillos, es decir, que se extienden desde el sustrato hasta la epicapa, también pueden transformarse en otros defectos y propagarse a lo largo del eje de crecimiento. Duranteepitaxial de SiCDurante el crecimiento, las dislocaciones de los tornillos se convierten en fallas de apilamiento (SF) o defectos de zanahoria, mientras que se muestra que las dislocaciones de los bordes en las epicapas se convierten a partir de dislocaciones del plano basal (BPD) heredadas del sustrato durante el crecimiento epitaxial.
Dislocación del plano básico (BPD)
Ubicado en el plano basal de SiC, con un vector de Burgers de 1/3 <11–20>. Los BPD rara vez aparecen en la superficie de las obleas de SiC. Generalmente se concentran en el sustrato con una densidad de 1500 cm-2, mientras que su densidad en la epicapa es de sólo unos 10 cm-2. La detección de BPD mediante fotoluminiscencia (PL) muestra características lineales, como se muestra en la Figura 4c. Duranteepitaxial de SiCcrecimiento, los BPD extendidos pueden convertirse en fallas de apilamiento (SF) o dislocaciones de borde (TED).
Fallas de apilamiento (SF)
Defectos en la secuencia de apilamiento del plano basal de SiC. Las fallas de apilamiento pueden aparecer en la capa epitaxial al heredar SF en el sustrato, o estar relacionadas con la extensión y transformación de dislocaciones del plano basal (BPD) y dislocaciones de tornillos roscados (TSD). Generalmente, la densidad de los SF es inferior a 1 cm-2 y exhiben una característica triangular cuando se detectan mediante PL, como se muestra en la Figura 4e. Sin embargo, se pueden formar varios tipos de fallas de apilamiento en SiC, como el tipo Shockley y el tipo Frank, porque incluso una pequeña cantidad de desorden de energía de apilamiento entre planos puede conducir a una irregularidad considerable en la secuencia de apilamiento.
Caída
El defecto de caída se origina principalmente por la caída de partículas en las paredes superior y lateral de la cámara de reacción durante el proceso de crecimiento, que puede optimizarse optimizando el proceso de mantenimiento periódico de los consumibles de grafito de la cámara de reacción.
defecto triangular
Es una inclusión de politipo 3C-SiC que se extiende hasta la superficie de la epicapa de SiC a lo largo de la dirección del plano basal, como se muestra en la Figura 4g. Puede ser generado por la caída de partículas sobre la superficie de la epicapa de SiC durante el crecimiento epitaxial. Las partículas están incrustadas en la epicapa e interfieren con el proceso de crecimiento, lo que da como resultado inclusiones de politipo 3C-SiC, que muestran características de superficie triangulares en ángulos agudos con las partículas ubicadas en los vértices de la región triangular. Muchos estudios también han atribuido el origen de las inclusiones politipo a rayones superficiales, microtubos y parámetros inadecuados del proceso de crecimiento.
defecto de zanahoria
Un defecto de zanahoria es un complejo de falla de apilamiento con dos extremos ubicados en los planos cristalinos basales TSD y SF, terminado por una dislocación de tipo Frank, y el tamaño del defecto de zanahoria está relacionado con la falla de apilamiento prismático. La combinación de estas características forma la morfología de la superficie del defecto de la zanahoria, que parece una zanahoria con una densidad de menos de 1 cm-2, como se muestra en la Figura 4f. Los defectos de las zanahorias se forman fácilmente al pulir rayones, TSD o defectos del sustrato.
Arañazos
Los rayones son daños mecánicos en la superficie de las obleas de SiC formados durante el proceso de producción, como se muestra en la Figura 4h. Los rayones en el sustrato de SiC pueden interferir con el crecimiento de la epicapa, producir una fila de dislocaciones de alta densidad dentro de la epicapa o los rayones pueden convertirse en la base para la formación de defectos en las zanahorias. Por lo tanto, es fundamental pulir adecuadamente las obleas de SiC porque estos rayones pueden tener un impacto significativo en el rendimiento del dispositivo cuando aparecen en el área activa del mismo.
Otros defectos de morfología superficial.
El agrupamiento escalonado es un defecto de la superficie formado durante el proceso de crecimiento epitaxial de SiC, que produce triángulos obtusos o características trapezoidales en la superficie de la epicapa de SiC. Hay muchos otros defectos superficiales, como hoyos, protuberancias y manchas en la superficie. Estos defectos suelen deberse a procesos de crecimiento no optimizados y a una eliminación incompleta de los daños causados por el pulido, lo que afecta negativamente al rendimiento del dispositivo.
Hora de publicación: 05-jun-2024