La technologie de base pour la croissance deEpitaxie SiCLes matériaux sont avant tout une technologie de contrôle des défauts, en particulier pour les technologies de contrôle des défauts qui sont sujettes à des pannes de dispositifs ou à une dégradation de la fiabilité. L'étude du mécanisme des défauts du substrat s'étendant dans la couche épitaxiale au cours du processus de croissance épitaxiale, les lois de transfert et de transformation des défauts à l'interface entre le substrat et la couche épitaxiale, et le mécanisme de nucléation des défauts constituent la base pour clarifier la corrélation entre les défauts du substrat et les défauts structurels épitaxiaux, qui peuvent guider efficacement le criblage du substrat et l'optimisation du processus épitaxial.
Les défauts decouches épitaxiales de carbure de siliciumsont principalement divisés en deux catégories : les défauts cristallins et les défauts de morphologie de surface. Les défauts cristallins, notamment les défauts ponctuels, les dislocations de vis, les défauts de microtubules, les luxations de bord, etc., proviennent principalement de défauts sur les substrats SiC et se diffusent dans la couche épitaxiale. Les défauts morphologiques de surface peuvent être observés directement à l'œil nu à l'aide d'un microscope et présentent des caractéristiques morphologiques typiques. Les défauts de morphologie de surface comprennent principalement : les rayures, les défauts triangulaires, les défauts de carotte, les chutes et les particules, comme le montre la figure 4. Au cours du processus épitaxial, les particules étrangères, les défauts du substrat, les dommages de surface et les écarts du processus épitaxial peuvent tous affecter le flux d'étape local. mode de croissance, entraînant des défauts de morphologie de surface.
Tableau 1.Causes pour la formation de défauts de matrice courants et de défauts de morphologie de surface dans les couches épitaxiales de SiC
Défauts ponctuels
Les défauts ponctuels sont formés par des lacunes ou des lacunes en un seul point du réseau ou en plusieurs points du réseau, et ils n'ont aucune extension spatiale. Des défauts ponctuels peuvent survenir dans chaque processus de production, en particulier lors de l'implantation ionique. Cependant, ils sont difficiles à détecter et la relation entre la transformation des défauts ponctuels et d’autres défauts est également assez complexe.
Microtuyaux (MP)
Les micropipes sont des dislocations à vis creuses qui se propagent le long de l'axe de croissance, avec un vecteur de Burgers <0001>. Le diamètre des microtubes varie d'une fraction de micron à des dizaines de microns. Les microtubes présentent de grandes caractéristiques de surface en forme de fosses à la surface des tranches de SiC. Généralement, la densité des microtubes est d'environ 0,1 à 1 cm-2 et continue de diminuer lors de la surveillance de la qualité de la production commerciale de plaquettes.
Luxations de vis (TSD) et luxations de bord (TED)
Les luxations dans le SiC sont la principale source de dégradation et de défaillance des dispositifs. Les luxations de vis (TSD) et les luxations de bord (TED) s'étendent le long de l'axe de croissance, avec des vecteurs de Burgers de <0001> et 1/3<11.–20>, respectivement.
Les luxations de vis (TSD) et les luxations de bord (TED) peuvent s'étendre du substrat à la surface de la plaquette et apporter de petites caractéristiques de surface en forme de fosse (Figure 4b). Généralement, la densité des luxations de bord est environ 10 fois supérieure à celle des luxations de vis. Les dislocations de vis étendues, c'est-à-dire s'étendant du substrat à l'épicouche, peuvent également se transformer en d'autres défauts et se propager le long de l'axe de croissance. PendantEpitaxie SiCLors de la croissance, les dislocations de vis sont converties en défauts d'empilement (SF) ou en défauts de carotte, tandis que les luxations de bord dans les épicouches sont converties à partir de luxations du plan basal (BPD) héritées du substrat lors de la croissance épitaxiale.
Luxation plane de base (BPD)
Situé sur le plan basal SiC, avec un vecteur Burgers de 1/3 <11–20>. Les BPD apparaissent rarement à la surface des plaquettes SiC. Ils sont généralement concentrés sur le substrat avec une densité de 1500 cm-2, alors que leur densité dans l'épicouche n'est que d'environ 10 cm-2. La détection des BPD par photoluminescence (PL) présente des caractéristiques linéaires, comme le montre la figure 4c. PendantEpitaxie SiCcroissance, les BPD étendus peuvent être convertis en défauts d'empilement (SF) ou en luxations de bord (TED).
Défauts d'empilement (SF)
Défauts dans la séquence d’empilement du plan basal SiC. Des défauts d'empilement peuvent apparaître dans la couche épitaxiale en héritant des SF du substrat, ou être liés à l'extension et à la transformation des luxations du plan basal (BPD) et des luxations des vis filetées (TSD). Généralement, la densité des SF est inférieure à 1 cm-2 et ils présentent une caractéristique triangulaire lorsqu'ils sont détectés à l'aide de PL, comme le montre la figure 4e. Cependant, divers types de défauts d'empilement peuvent se former dans le SiC, tels que le type Shockley et le type Frank, car même un petit degré de désordre énergétique d'empilement entre les plans peut conduire à une irrégularité considérable dans la séquence d'empilement.
Chute
Le défaut de chute provient principalement de la chute de particules sur les parois supérieures et latérales de la chambre de réaction pendant le processus de croissance, qui peut être optimisée en optimisant le processus de maintenance périodique des consommables en graphite de la chambre de réaction.
Défaut triangulaire
Il s'agit d'une inclusion polytype 3C-SiC qui s'étend jusqu'à la surface de l'épicouche de SiC dans la direction du plan basal, comme le montre la figure 4g. Il peut être généré par la chute de particules à la surface de l'épicouche de SiC lors de la croissance épitaxiale. Les particules sont incorporées dans l'épicouche et interfèrent avec le processus de croissance, ce qui entraîne des inclusions de polytype 3C-SiC, qui présentent des caractéristiques de surface triangulaires à angles vifs, les particules étant situées aux sommets de la région triangulaire. De nombreuses études ont également attribué l'origine des inclusions polytypiques à des rayures de surface, des microtuyaux et des paramètres inappropriés du processus de croissance.
Défaut de carotte
Un défaut de carotte est un complexe de défauts d'empilement avec deux extrémités situées aux plans cristallins basaux TSD et SF, terminés par une luxation de type Frank, et la taille du défaut de carotte est liée au défaut d'empilement prismatique. La combinaison de ces caractéristiques forme la morphologie de surface du défaut de la carotte, qui ressemble à une forme de carotte avec une densité inférieure à 1 cm-2, comme le montre la figure 4f. Les défauts de carotte se forment facilement lors de rayures de polissage, de TSD ou de défauts de substrat.
Rayures
Les rayures sont des dommages mécaniques à la surface des tranches de SiC formés au cours du processus de production, comme le montre la figure 4h. Les rayures sur le substrat SiC peuvent interférer avec la croissance de l'épicouche, produire une rangée de dislocations de haute densité au sein de l'épicouche, ou les rayures peuvent devenir la base de la formation de défauts en forme de carotte. Par conséquent, il est essentiel de polir correctement les plaquettes SiC, car ces rayures peuvent avoir un impact significatif sur les performances de l'appareil lorsqu'elles apparaissent dans la zone active de l'appareil.
Autres défauts de morphologie de surface
Le regroupement en escalier est un défaut de surface formé au cours du processus de croissance épitaxiale du SiC, qui produit des triangles obtus ou des caractéristiques trapézoïdales à la surface de l'épicouche de SiC. Il existe de nombreux autres défauts de surface, tels que des piqûres, des bosses et des taches. Ces défauts sont généralement causés par des processus de croissance non optimisés et par une élimination incomplète des dommages causés par le polissage, ce qui affecte négativement les performances de l'appareil.
Heure de publication : 05 juin 2024