सिलिकॉन कार्बाइड एपिटैक्सियल परत के दोष क्या हैं?

के विकास के लिए मुख्य प्रौद्योगिकीSiC एपिटैक्सियलसामग्री सबसे पहले दोष नियंत्रण प्रौद्योगिकी है, विशेष रूप से दोष नियंत्रण प्रौद्योगिकी के लिए जो डिवाइस की विफलता या विश्वसनीयता में गिरावट का खतरा है। एपिटैक्सियल विकास प्रक्रिया के दौरान एपिटैक्सियल परत में फैले सब्सट्रेट दोषों के तंत्र का अध्ययन, सब्सट्रेट और एपिटैक्सियल परत के बीच इंटरफेस में दोषों के स्थानांतरण और परिवर्तन कानून, और दोषों के न्यूक्लियेशन तंत्र के बीच संबंध को स्पष्ट करने का आधार है सब्सट्रेट दोष और एपिटैक्सियल संरचनात्मक दोष, जो सब्सट्रेट स्क्रीनिंग और एपिटैक्सियल प्रक्रिया अनुकूलन को प्रभावी ढंग से निर्देशित कर सकते हैं।

के दोषसिलिकॉन कार्बाइड एपिटैक्सियल परतेंइन्हें मुख्य रूप से दो श्रेणियों में विभाजित किया गया है: क्रिस्टल दोष और सतह आकृति विज्ञान दोष। क्रिस्टल दोष, जिसमें बिंदु दोष, पेंच अव्यवस्था, सूक्ष्मनलिका दोष, किनारे अव्यवस्था आदि शामिल हैं, ज्यादातर SiC सब्सट्रेट पर दोष से उत्पन्न होते हैं और एपिटैक्सियल परत में फैल जाते हैं। सतह आकृति विज्ञान दोषों को माइक्रोस्कोप का उपयोग करके सीधे नग्न आंखों से देखा जा सकता है और इसमें विशिष्ट रूपात्मक विशेषताएं होती हैं। सतह आकृति विज्ञान दोषों में मुख्य रूप से शामिल हैं: खरोंच, त्रिकोणीय दोष, गाजर दोष, पतन और कण, जैसा कि चित्र 4 में दिखाया गया है। एपिटैक्सियल प्रक्रिया के दौरान, विदेशी कण, सब्सट्रेट दोष, सतह क्षति और एपिटैक्सियल प्रक्रिया विचलन सभी स्थानीय चरण प्रवाह को प्रभावित कर सकते हैं। वृद्धि मोड, जिसके परिणामस्वरूप सतह आकारिकी दोष होते हैं।

तालिका 1. SiC एपिटैक्सियल परतों में सामान्य मैट्रिक्स दोष और सतह आकृति विज्ञान दोष के गठन के कारण

 

बिंदु दोष

बिंदु दोष एक ही जाली बिंदु या कई जाली बिंदुओं पर रिक्तियों या अंतरालों से बनते हैं, और उनका कोई स्थानिक विस्तार नहीं होता है। प्रत्येक उत्पादन प्रक्रिया में बिंदु दोष हो सकते हैं, विशेषकर आयन आरोपण में। हालाँकि, उनका पता लगाना कठिन है, और बिंदु दोषों के परिवर्तन और अन्य दोषों के बीच संबंध भी काफी जटिल है।

 

माइक्रोपाइप (एमपी)

माइक्रोपाइप खोखले पेंच अव्यवस्थाएं हैं जो बर्गर वेक्टर <0001> के साथ विकास अक्ष के साथ फैलती हैं। सूक्ष्मनलिकाएं का व्यास एक माइक्रोन के अंश से लेकर दसियों माइक्रोन तक होता है। माइक्रोट्यूब SiC वेफर्स की सतह पर बड़े गड्ढे जैसी सतह की विशेषताएं दिखाते हैं। आमतौर पर, सूक्ष्मनलिकाएं का घनत्व लगभग 0.1~1 सेमी-2 होता है और वाणिज्यिक वेफर उत्पादन गुणवत्ता निगरानी में घटता रहता है।

 

स्क्रू डिस्लोकेशन (TSD) और एज डिस्लोकेशन (TED)

SiC में अव्यवस्थाएं डिवाइस की खराबी और विफलता का मुख्य स्रोत हैं। स्क्रू डिस्लोकेशन (टीएसडी) और एज डिस्लोकेशन (टीईडी) दोनों क्रमशः विकास अक्ष के साथ चलते हैं, बर्गर वैक्टर <0001> और 1/3<11–20> के साथ।

स्क्रू डिस्लोकेशन (टीएसडी) और एज डिस्लोकेशन (टीईडी) दोनों सब्सट्रेट से वेफर सतह तक फैल सकते हैं और छोटे गड्ढे जैसी सतह की विशेषताएं ला सकते हैं (चित्रा 4 बी)। आमतौर पर, किनारे की अव्यवस्था का घनत्व पेंच अव्यवस्था से लगभग 10 गुना अधिक होता है। विस्तारित पेंच अव्यवस्थाएं, यानी सब्सट्रेट से एपिलेयर तक फैली हुई, अन्य दोषों में भी बदल सकती हैं और विकास अक्ष के साथ फैल सकती हैं। दौरानSiC एपिटैक्सियलवृद्धि, पेंच अव्यवस्थाओं को स्टैकिंग दोष (एसएफ) या गाजर दोष में परिवर्तित कर दिया जाता है, जबकि एपिलेयर में किनारे अव्यवस्थाओं को एपिटैक्सियल वृद्धि के दौरान सब्सट्रेट से विरासत में प्राप्त बेसल प्लेन डिस्लोकेशन (बीपीडी) से परिवर्तित किया जाता है।

 

बेसिक प्लेन डिस्लोकेशन (बीपीडी)

1/3 <11–20> के बर्गर वेक्टर के साथ, SiC बेसल प्लेन पर स्थित है। बीपीडी शायद ही कभी SiC वेफर्स की सतह पर दिखाई देते हैं। वे आमतौर पर 1500 सेमी-2 के घनत्व के साथ सब्सट्रेट पर केंद्रित होते हैं, जबकि एपिलेयर में उनका घनत्व केवल 10 सेमी-2 होता है। फोटोल्यूमिनसेंस (पीएल) का उपयोग करके बीपीडी का पता लगाना रैखिक विशेषताओं को दर्शाता है, जैसा कि चित्र 4सी में दिखाया गया है। दौरानSiC एपिटैक्सियलवृद्धि, विस्तारित बीपीडी को स्टैकिंग दोष (एसएफ) या एज डिस्लोकेशन (टीईडी) में परिवर्तित किया जा सकता है।

 

स्टैकिंग दोष (एसएफ)

SiC बेसल प्लेन के स्टैकिंग अनुक्रम में दोष। स्टैकिंग दोष सब्सट्रेट में एसएफ को विरासत में मिलने से एपिटैक्सियल परत में दिखाई दे सकते हैं, या बेसल प्लेन डिस्लोकेशन (बीपीडी) और थ्रेडिंग स्क्रू डिस्लोकेशन (टीएसडी) के विस्तार और परिवर्तन से संबंधित हो सकते हैं। आम तौर पर, एसएफ का घनत्व 1 सेमी-2 से कम होता है, और पीएल का उपयोग करके पता लगाने पर वे एक त्रिकोणीय विशेषता प्रदर्शित करते हैं, जैसा कि चित्र 4ई में दिखाया गया है। हालाँकि, SiC में विभिन्न प्रकार के स्टैकिंग दोष बन सकते हैं, जैसे शॉक्ले प्रकार और फ्रैंक प्रकार, क्योंकि विमानों के बीच स्टैकिंग ऊर्जा विकार की थोड़ी मात्रा भी स्टैकिंग अनुक्रम में काफी अनियमितता पैदा कर सकती है।

 

पतन

डाउनफॉल दोष मुख्य रूप से विकास प्रक्रिया के दौरान प्रतिक्रिया कक्ष की ऊपरी और किनारे की दीवारों पर कण गिरने से उत्पन्न होता है, जिसे प्रतिक्रिया कक्ष ग्रेफाइट उपभोग्य सामग्रियों की आवधिक रखरखाव प्रक्रिया को अनुकूलित करके अनुकूलित किया जा सकता है।

 

त्रिकोणीय दोष

यह एक 3C-SiC पॉलीटाइप समावेशन है जो बेसल प्लेन दिशा के साथ SiC एपिलेयर की सतह तक फैला हुआ है, जैसा कि चित्र 4g में दिखाया गया है। यह एपिटैक्सियल वृद्धि के दौरान SiC एपिलेयर की सतह पर गिरने वाले कणों द्वारा उत्पन्न हो सकता है। कण एपिलेयर में अंतर्निहित होते हैं और विकास प्रक्रिया में हस्तक्षेप करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप 3C-SiC पॉलीटाइप समावेशन होता है, जो त्रिकोणीय क्षेत्र के शीर्ष पर स्थित कणों के साथ तेज कोण वाली त्रिकोणीय सतह की विशेषताओं को दर्शाता है। कई अध्ययनों ने पॉलीटाइप समावेशन की उत्पत्ति के लिए सतह पर खरोंच, माइक्रोपाइप और विकास प्रक्रिया के अनुचित मापदंडों को भी जिम्मेदार ठहराया है।

 

गाजर दोष

गाजर दोष एक स्टैकिंग फॉल्ट कॉम्प्लेक्स है जिसके दो सिरे टीएसडी और एसएफ बेसल क्रिस्टल विमानों पर स्थित होते हैं, जो फ्रैंक-प्रकार की अव्यवस्था द्वारा समाप्त होते हैं, और गाजर दोष का आकार प्रिज्मीय स्टैकिंग फॉल्ट से संबंधित होता है। इन विशेषताओं का संयोजन गाजर दोष की सतह आकृति विज्ञान बनाता है, जो 1 सेमी-2 से कम घनत्व वाले गाजर के आकार जैसा दिखता है, जैसा कि चित्र 4f में दिखाया गया है। पॉलिशिंग खरोंच, टीएसडी, या सब्सट्रेट दोषों पर गाजर दोष आसानी से बनते हैं।

 

स्क्रैच

खरोंचें उत्पादन प्रक्रिया के दौरान बनी SiC वेफर्स की सतह पर यांत्रिक क्षति हैं, जैसा कि चित्र 4h में दिखाया गया है। SiC सब्सट्रेट पर खरोंचें एपिलेयर के विकास में बाधा उत्पन्न कर सकती हैं, एपिलेयर के भीतर उच्च-घनत्व अव्यवस्थाओं की एक श्रृंखला उत्पन्न कर सकती हैं, या खरोंचें गाजर दोष के गठन का आधार बन सकती हैं। इसलिए, SiC वेफर्स को ठीक से पॉलिश करना महत्वपूर्ण है क्योंकि ये खरोंचें डिवाइस के सक्रिय क्षेत्र में दिखाई देने पर डिवाइस के प्रदर्शन पर महत्वपूर्ण प्रभाव डाल सकती हैं।

 

अन्य सतह आकारिकी दोष

स्टेप बंचिंग एक सतह दोष है जो SiC एपिटैक्सियल विकास प्रक्रिया के दौरान बनता है, जो SiC एपिलेयर की सतह पर कुंठित त्रिकोण या ट्रेपेज़ॉइडल विशेषताएं पैदा करता है। सतह पर कई अन्य दोष भी हैं, जैसे सतह पर गड्ढे, उभार और दाग। ये दोष आमतौर पर अअनुकूलित विकास प्रक्रियाओं और पॉलिशिंग क्षति के अधूरे निष्कासन के कारण होते हैं, जो डिवाइस के प्रदर्शन पर प्रतिकूल प्रभाव डालते हैं।