عیوب لایه اپیتاکسیال کاربید سیلیکون چیست؟

فناوری اصلی برای رشداپیتاکسیال SiCمواد اولاً فناوری کنترل نقص است، به ویژه برای فناوری کنترل نقص که مستعد خرابی دستگاه یا تخریب قابلیت اطمینان است. مطالعه مکانیسم عیوب بستر گسترش یافته به لایه همپایی در طول فرآیند رشد همپایی، قوانین انتقال و تبدیل عیوب در سطح مشترک بین بستر و لایه همپایی، و مکانیسم هسته‌زایی عیوب، مبنایی برای روشن کردن همبستگی بین عیوب زیرلایه و عیوب ساختاری همپایی، که می تواند به طور موثر غربالگری بستر و بهینه سازی فرآیند همپایی را هدایت کند.

نقص هایلایه های اپیتاکسیال کاربید سیلیکونعمدتاً به دو دسته تقسیم می شوند: عیوب کریستالی و عیوب مورفولوژی سطح. عیوب کریستالی شامل عیوب نقطه ای، دررفتگی پیچ، عیوب میکروتوبول، دررفتگی لبه ها و غیره بیشتر از عیوب روی لایه های SiC منشاء می گیرند و در لایه همپایی منتشر می شوند. عیوب مورفولوژی سطح را می توان به طور مستقیم با چشم غیر مسلح با استفاده از میکروسکوپ مشاهده کرد و دارای ویژگی های مورفولوژیکی معمولی است. عیوب مورفولوژی سطح عمدتاً عبارتند از: خراش، عیب مثلثی، نقص هویج، ریزش و ذرات، همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است. در طول فرآیند همپایی، ذرات خارجی، عیوب زیرلایه، آسیب سطحی، و انحرافات فرآیند همپایی ممکن است همگی بر جریان پله موضعی تأثیر بگذارند. حالت رشد، که منجر به نقص مورفولوژی سطح می شود.

جدول 1. علل ایجاد عیوب ماتریس رایج و عیوب مورفولوژی سطح در لایه های همپای SiC

 

نقص نقطه

عیوب نقطه ای از جای خالی یا شکاف در یک نقطه شبکه منفرد یا چندین نقطه شبکه تشکیل می شوند و هیچ امتداد فضایی ندارند. نقص نقطه ممکن است در هر فرآیند تولید، به ویژه در کاشت یون رخ دهد. با این حال، تشخیص آنها دشوار است و رابطه بین تبدیل عیوب نقطه ای و سایر عیوب نیز بسیار پیچیده است.

 

میکرولوله ها (MP)

ریز لوله‌ها دررفتگی‌های پیچی توخالی هستند که در امتداد محور رشد، با بردار برگر <0001> منتشر می‌شوند. قطر میکرولوله ها از کسری از میکرون تا ده ها میکرون متغیر است. میکرولوله ها ویژگی های سطح گودال مانند بزرگی را روی سطح ویفرهای SiC نشان می دهند. به طور معمول، چگالی میکروتیوب ها حدود 0.1 ~ 1cm-2 است و همچنان در نظارت بر کیفیت تولید ویفر تجاری کاهش می یابد.

 

دررفتگی پیچ (TSD) و دررفتگی لبه (TED)

نابجایی در SiC منبع اصلی تخریب و خرابی دستگاه است. هر دو دررفتگی پیچ (TSD) و دررفتگی لبه (TED) در امتداد محور رشد، با بردارهای Burgers به ​​ترتیب <0001> و 1/3 <11-20> اجرا می‌شوند.

هر دو دررفتگی پیچ (TSD) و دررفتگی لبه (TED) می توانند از بستر به سطح ویفر گسترش یافته و ویژگی های سطحی گودال مانند کوچکی را به همراه داشته باشند (شکل 4b). به طور معمول، چگالی نابجایی لبه ها حدود 10 برابر دررفتگی های پیچ است. دررفتگی های گسترده پیچ، یعنی از بستر به لایه اپی امتداد می یابد، همچنین ممکن است به عیوب دیگری تبدیل شده و در امتداد محور رشد منتشر شود. در طولاپیتاکسیال SiCرشد، دررفتگی‌های پیچ به گسل‌های انباشتگی (SF) یا نقص‌های هویج تبدیل می‌شوند، در حالی که دررفتگی لبه‌ها در لایه‌های لایه‌ای نشان‌داده شده است که از دررفتگی‌های صفحه پایه (BPDs) به ارث رسیده از بستر در طول رشد اپیتاکسی تبدیل می‌شوند.

 

دررفتگی سطح پایه (BPD)

در صفحه پایه SiC، با بردار برگر 1/3 <11-20> واقع شده است. BPD ها به ندرت روی سطح ویفرهای SiC ظاهر می شوند. آنها معمولاً روی بستر با تراکم 1500 سانتی متر مربع متمرکز می شوند، در حالی که تراکم آنها در لایه لایه فقط حدود 10 سانتی متر مربع است. تشخیص BPDs با استفاده از فوتولومینسانس (PL) ویژگی های خطی را نشان می دهد، همانطور که در شکل 4c نشان داده شده است. در طولاپیتاکسیال SiCرشد، BPD های توسعه یافته ممکن است به خطاهای پشته ای (SF) یا نابجایی لبه (TED) تبدیل شوند.

 

خطاهای پشته ای (SF)

نقص در توالی انباشته شدن صفحه پایه SiC. گسل های انباشته می توانند با به ارث بردن SF ها در زیرلایه در لایه اپیتاکسیال ظاهر شوند یا به گسترش و تبدیل نابجایی های صفحه پایه (BPDs) و دررفتگی های پیچ رزوه ای (TSDs) مرتبط باشند. به طور کلی، چگالی SFها کمتر از 1 cm-2 است، و همانطور که در شکل 4e نشان داده شده است، هنگامی که با استفاده از PL شناسایی می شوند، یک ویژگی مثلثی از خود نشان می دهند. با این حال، انواع مختلفی از گسل های انباشتگی را می توان در SiC تشکیل داد، مانند نوع شاکلی و نوع فرانک، زیرا حتی مقدار کمی اختلال انرژی انباشتگی بین هواپیماها می تواند منجر به بی نظمی قابل توجهی در توالی انباشته شود.

 

سقوط

نقص سقوط عمدتاً از ریزش ذرات روی دیواره‌های فوقانی و جانبی محفظه واکنش در طول فرآیند رشد منشأ می‌گیرد، که می‌توان با بهینه‌سازی فرآیند نگهداری دوره‌ای مواد مصرفی گرافیتی محفظه واکنش، آن را بهینه کرد.

 

نقص مثلثی

همانطور که در شکل 4g نشان داده شده است، این یک ادکلن پلی‌تیپ 3C-SiC است که تا سطح لایه SiC در امتداد جهت صفحه پایه گسترش می‌یابد. ممکن است در اثر ریزش ذرات بر روی سطح لایه SiC در طول رشد اپیتاکسیال ایجاد شود. ذرات در لایه لایه قرار می گیرند و در روند رشد اختلال ایجاد می کنند و در نتیجه انکلوزیون های پلی تایپ 3C-SiC ایجاد می شود که ویژگی های سطح مثلثی با زاویه تیز را با ذرات واقع در رئوس ناحیه مثلثی نشان می دهد. بسیاری از مطالعات نیز منشأ آخال های پلی تایپ را به خراش های سطحی، میکرولوله ها و پارامترهای نامناسب فرآیند رشد نسبت داده اند.

 

نقص هویج

نقص هویج یک مجموعه گسل انباشته با دو سر واقع در صفحات کریستالی پایه TSD و SF است که با یک جابجایی نوع فرانک خاتمه می یابد و اندازه نقص هویج مربوط به گسل انباشتگی منشوری است. ترکیب این ویژگی ها مورفولوژی سطح نقص هویج را تشکیل می دهد که مانند شکل هویج با چگالی کمتر از 1 سانتی متر-2 به نظر می رسد، همانطور که در شکل 4f نشان داده شده است. عیوب هویج به راحتی در هنگام پرداخت خراش ها، TSD ها یا عیوب زیرلایه ایجاد می شود.

 

خراش

همانطور که در شکل 4h نشان داده شده است، خراش ها آسیب های مکانیکی روی سطح ویفرهای SiC هستند که در طی فرآیند تولید ایجاد می شوند. خراش روی بستر SiC ممکن است با رشد لایه اپی تداخل داشته باشد، یک ردیف دررفتگی با چگالی بالا در لایه اپی ایجاد کند، یا خراش ممکن است مبنایی برای تشکیل عیوب هویج شود. بنابراین، صیقل دادن صحیح ویفرهای SiC بسیار مهم است زیرا این خراش ها می توانند تأثیر قابل توجهی بر عملکرد دستگاه داشته باشند که در ناحیه فعال دستگاه ظاهر شوند.

 

سایر عیوب مورفولوژی سطح

دسته بندی مرحله ای یک نقص سطحی است که در طی فرآیند رشد همپایه SiC ایجاد می شود و مثلث های منفرد یا ویژگی های ذوزنقه ای را روی سطح لایه اپی سی سی ایجاد می کند. بسیاری از عیوب سطحی دیگر مانند سوراخ های سطحی، برجستگی ها و لکه ها وجود دارد. این عیوب معمولاً ناشی از فرآیندهای رشد بهینه و حذف ناقص آسیب پرداخت است که بر عملکرد دستگاه تأثیر منفی می گذارد.