A tecnoloxía básica para o crecemento deSiC epitaxialOs materiais son en primeiro lugar tecnoloxía de control de defectos, especialmente para tecnoloxía de control de defectos que é propensa a fallas do dispositivo ou degradación da fiabilidade. O estudo do mecanismo dos defectos do substrato que se estenden na capa epitaxial durante o proceso de crecemento epitaxial, as leis de transferencia e transformación dos defectos na interface entre o substrato e a capa epitaxial e o mecanismo de nucleación dos defectos son a base para aclarar a correlación entre defectos do substrato e defectos estruturais epitaxiais, que poden guiar eficazmente a selección do substrato e a optimización do proceso epitaxial.
Os defectos decapas epitaxiais de carburo de silicioDivídense principalmente en dúas categorías: defectos de cristal e defectos de morfoloxía superficial. Os defectos cristais, incluíndo defectos puntuais, luxacións de parafusos, defectos de microtúbulos, luxacións de bordos, etc., orixínanse principalmente de defectos en substratos de SiC e difúndense na capa epitaxial. Os defectos da morfoloxía da superficie pódense observar directamente a simple vista mediante un microscopio e teñen características morfolóxicas típicas. Os defectos da morfoloxía da superficie inclúen principalmente: arañazos, defectos triangulares, defectos de cenoria, caídas e partículas, como se mostra na figura 4. Durante o proceso epitaxial, as partículas estrañas, os defectos do substrato, os danos na superficie e as desviacións do proceso epitaxial poden afectar o fluxo de paso local. modo de crecemento, resultando en defectos da morfoloxía da superficie.
Táboa 1.Causas para a formación de defectos de matriz comúns e defectos de morfoloxía superficial en capas epitaxiais de SiC
Defectos puntuais
Os defectos puntuais están formados por vacantes ou ocos nun único punto de celosía ou varios puntos de celosía, e non teñen extensión espacial. Os defectos puntuais poden ocorrer en todos os procesos de produción, especialmente na implantación iónica. Non obstante, son difíciles de detectar e a relación entre a transformación de defectos puntuais e outros defectos tamén é bastante complexa.
Microtubos (MP)
Os microtubos son dislocacións de parafuso oco que se propagan ao longo do eixe de crecemento, cun vector Burgers <0001>. O diámetro dos microtubos varía desde unha fracción de micra ata decenas de micras. Os microtubos mostran grandes características de superficie en forma de pozo na superficie das obleas de SiC. Normalmente, a densidade dos microtubos é de aproximadamente 0,1 ~ 1 cm-2 e segue a diminuír no seguimento da calidade da produción comercial de obleas.
Luxacións de parafuso (TSD) e dislocacións de bordo (TED)
As luxacións en SiC son a principal fonte de degradación e fallo do dispositivo. Tanto as dislocacións de parafuso (TSD) como as de bordo (TED) corren ao longo do eixe de crecemento, con vectores Burgers de <0001> e 1/3 <11–20>, respectivamente.
Tanto as dislocacións de parafuso (TSD) como as de bordo (TED) poden estenderse desde o substrato ata a superficie da oblea e traer pequenas características de superficie tipo foso (Figura 4b). Normalmente, a densidade das luxacións dos bordos é de aproximadamente 10 veces a das luxacións dos parafusos. As dislocacións de parafuso estendidas, é dicir, que se estenden desde o substrato ata a epicapa, tamén poden transformarse noutros defectos e propagarse ao longo do eixe de crecemento. DuranteSiC epitaxialcrecemento, as dislocacións dos parafusos convértense en fallas de apilado (SF) ou defectos de cenoria, mentres que as dislocacións dos bordos nas epicapas móstrase que se converten das dislocacións do plano basal (BPD) herdadas do substrato durante o crecemento epitaxial.
Luxación plana básica (BPD)
Situado no plano basal SiC, cun vector Burgers de 1/3 <11–20>. Os BPD raramente aparecen na superficie das obleas de SiC. Adoitan concentrarse no substrato cunha densidade de 1500 cm-2, mentres que a súa densidade na epicapa é só duns 10 cm-2. A detección de BPD mediante fotoluminiscencia (PL) mostra características lineais, como se mostra na figura 4c. DuranteSiC epitaxialcrecemento, os BPD estendidos poden converterse en fallas de apilado (SF) ou dislocacións de bordo (TED).
Fallos de acumulación (SF)
Defectos na secuencia de apilado do plano basal de SiC. As fallas de apilado poden aparecer na capa epitaxial por herdanza de SF no substrato, ou estar relacionadas coa extensión e transformación das luxacións do plano basal (BPD) e as luxacións dos parafusos de rosca (TSD). Xeralmente, a densidade dos SF é inferior a 1 cm-2 e presentan unha característica triangular cando se detectan usando PL, como se mostra na Figura 4e. Non obstante, en SiC pódense formar varios tipos de fallas de apilado, como o tipo Shockley e o tipo Frank, porque incluso unha pequena cantidade de desorde de enerxía de apilado entre planos pode levar a unha irregularidade considerable na secuencia de apilado.
Caída
O defecto de caída orixínase principalmente pola caída de partículas nas paredes superior e laterais da cámara de reacción durante o proceso de crecemento, que se pode optimizar optimizando o proceso de mantemento periódico dos consumibles de grafito da cámara de reacción.
Defecto triangular
É unha inclusión de politipo 3C-SiC que se estende á superficie da epicapa de SiC ao longo da dirección do plano basal, como se mostra na Figura 4g. Pode ser xerado polas partículas que caen na superficie da epicapa de SiC durante o crecemento epitaxial. As partículas están incrustadas na epicapa e interfiren co proceso de crecemento, dando lugar a inclusións de politipos 3C-SiC, que mostran características da superficie triangular de ángulos afiados coas partículas situadas nos vértices da rexión triangular. Moitos estudos tamén atribuíron a orixe das inclusións politípicas a arañazos na superficie, microtubos e parámetros inadecuados do proceso de crecemento.
Defecto da cenoria
Un defecto de cenoria é un complexo de falla de apilado con dous extremos situados nos planos cristalinos basais TSD e SF, rematado por unha luxación de tipo Frank, e o tamaño do defecto da cenoria está relacionado coa falla de apilado prismático. A combinación destas características forma a morfoloxía superficial do defecto da cenoria, que semella unha forma de cenoria cunha densidade inferior a 1 cm-2, como se mostra na Figura 4f. Os defectos de cenoria fórmanse facilmente en arañazos de pulido, TSD ou defectos do substrato.
Raiaduras
Os arañazos son danos mecánicos na superficie das obleas de SiC formadas durante o proceso de produción, como se mostra na Figura 4h. Os arañazos no substrato de SiC poden interferir co crecemento da epicapa, producir unha fila de luxacións de alta densidade dentro da epilayer ou os arañazos poden converterse na base para a formación de defectos da cenoria. Polo tanto, é fundamental pulir correctamente as obleas de SiC porque estes arañazos poden ter un impacto significativo no rendemento do dispositivo cando aparecen na zona activa de o dispositivo.
Outros defectos da morfoloxía da superficie
O agrupamento por pasos é un defecto superficial formado durante o proceso de crecemento epitaxial de SiC, que produce triángulos obtusos ou trazos trapezoidais na superficie da capa epitaxial de SiC. Hai moitos outros defectos na superficie, como pozos na superficie, golpes e manchas. Estes defectos adoitan ser causados por procesos de crecemento non optimizados e eliminación incompleta dos danos de pulido, o que afecta negativamente o rendemento do dispositivo.
Hora de publicación: 05-06-2024