Teknologi inti untuk pertumbuhanepitaksi SiCbahan pertama-tama adalah teknologi pengendalian cacat, terutama untuk teknologi pengendalian cacat yang rentan terhadap kegagalan perangkat atau penurunan keandalan. Kajian tentang mekanisme cacat substrat yang meluas ke lapisan epitaksi selama proses pertumbuhan epitaksi, hukum transfer dan transformasi cacat pada antarmuka antara substrat dan lapisan epitaksi, serta mekanisme nukleasi cacat menjadi dasar untuk memperjelas korelasi antara cacat substrat dan cacat struktural epitaksi, yang secara efektif dapat memandu penyaringan substrat dan optimalisasi proses epitaksi.
Cacat darilapisan epitaksi silikon karbidaterutama dibagi menjadi dua kategori: cacat kristal dan cacat morfologi permukaan. Cacat kristal, termasuk cacat titik, dislokasi sekrup, cacat mikrotubulus, dislokasi tepi, dll., sebagian besar berasal dari cacat pada substrat SiC dan menyebar ke lapisan epitaksi. Cacat morfologi permukaan dapat diamati langsung dengan mata telanjang menggunakan mikroskop dan mempunyai ciri morfologi yang khas. Cacat morfologi permukaan terutama meliputi: Goresan, Cacat segitiga, Cacat wortel, Kejatuhan, dan Partikel, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4. Selama proses epitaksi, partikel asing, cacat substrat, kerusakan permukaan, dan penyimpangan proses epitaksi semuanya dapat mempengaruhi aliran langkah lokal. mode pertumbuhan, mengakibatkan cacat morfologi permukaan.
Tabel 1.Penyebab untuk pembentukan cacat matriks umum dan cacat morfologi permukaan pada lapisan epitaksi SiC
Cacat titik
Cacat titik terbentuk oleh kekosongan atau celah pada satu titik kisi atau beberapa titik kisi, dan tidak memiliki perluasan spasial. Cacat titik dapat terjadi pada setiap proses produksi, terutama pada implantasi ion. Namun, cacat tersebut sulit dideteksi, dan hubungan antara transformasi cacat titik dan cacat lainnya juga cukup kompleks.
Mikropipa (MP)
Mikropipa merupakan dislokasi ulir berongga yang merambat sepanjang sumbu pertumbuhan, dengan vektor Burgers <0001>. Diameter mikrotube berkisar dari sepersekian mikron hingga puluhan mikron. Microtube menunjukkan fitur permukaan seperti lubang besar pada permukaan wafer SiC. Biasanya, kepadatan tabung mikro adalah sekitar 0,1~1cm-2 dan terus menurun dalam pemantauan kualitas produksi wafer komersial.
Dislokasi sekrup (TSD) dan dislokasi tepi (TED)
Dislokasi pada SiC adalah sumber utama degradasi dan kegagalan perangkat. Dislokasi sekrup (TSD) dan dislokasi tepi (TED) berjalan sepanjang sumbu pertumbuhan, dengan vektor Burgers <0001> dan 1/3<11–20>, masing-masing.
Dislokasi sekrup (TSD) dan dislokasi tepi (TED) dapat meluas dari substrat ke permukaan wafer dan menghadirkan fitur permukaan seperti lubang kecil (Gambar 4b). Biasanya, kepadatan dislokasi tepi adalah sekitar 10 kali lipat dari dislokasi sekrup. Dislokasi sekrup yang meluas, yaitu memanjang dari substrat ke epilayer, juga dapat berubah menjadi cacat lain dan menyebar sepanjang sumbu pertumbuhan. Selamaepitaksi SiCpertumbuhan, dislokasi sekrup diubah menjadi kesalahan susun (SF) atau cacat wortel, sedangkan dislokasi tepi pada epilayer terbukti dikonversi dari dislokasi bidang basal (BPD) yang diwarisi dari substrat selama pertumbuhan epitaksi.
Dislokasi bidang dasar (BPD)
Terletak pada bidang dasar SiC, dengan vektor Burgers 1/3 <11–20>. BPD jarang muncul di permukaan wafer SiC. Biasanya terkonsentrasi pada substrat dengan kepadatan 1500 cm-2, sedangkan kepadatannya di lapisan epilayer hanya sekitar 10 cm-2. Deteksi BPD menggunakan photoluminescence (PL) menunjukkan fitur linier, seperti ditunjukkan pada Gambar 4c. Selamaepitaksi SiCpertumbuhan, BPD yang diperluas dapat diubah menjadi kesalahan susun (SF) atau dislokasi tepi (TED).
Kesalahan penumpukan (SF)
Cacat pada urutan penumpukan bidang dasar SiC. Kesalahan susun dapat muncul di lapisan epitaksi dengan mewarisi SF di substrat, atau terkait dengan perluasan dan transformasi dislokasi bidang basal (BPD) dan dislokasi sekrup ulir (TSD). Secara umum, kepadatan SF kurang dari 1 cm-2, dan menunjukkan fitur segitiga ketika dideteksi menggunakan PL, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4e. Namun, berbagai jenis kesalahan susun dapat terbentuk di SiC, seperti tipe Shockley dan tipe Frank, karena bahkan sejumlah kecil gangguan energi tumpukan antar bidang dapat menyebabkan ketidakteraturan yang cukup besar dalam urutan tumpukan.
Kejatuhan
Cacat kejatuhan terutama berasal dari jatuhnya partikel di dinding atas dan samping ruang reaksi selama proses pertumbuhan, yang dapat dioptimalkan dengan mengoptimalkan proses pemeliharaan berkala bahan habis pakai grafit ruang reaksi.
Cacat segitiga
Ini adalah inklusi politipe 3C-SiC yang meluas ke permukaan epilayer SiC sepanjang arah bidang dasar, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4g. Ini mungkin dihasilkan oleh partikel yang jatuh pada permukaan epilayer SiC selama pertumbuhan epitaksi. Partikel-partikel tersebut tertanam dalam epilayer dan mengganggu proses pertumbuhan, menghasilkan inklusi politipe 3C-SiC, yang menunjukkan fitur permukaan segitiga bersudut lancip dengan partikel-partikel yang terletak di simpul daerah segitiga. Banyak penelitian juga menghubungkan asal mula inklusi politipe dengan goresan permukaan, pipa mikro, dan parameter proses pertumbuhan yang tidak tepat.
Cacat wortel
Cacat wortel adalah kompleks sesar susun dengan dua ujung terletak pada bidang kristal basal TSD dan SF, diakhiri oleh dislokasi tipe Frank, dan ukuran cacat wortel berhubungan dengan sesar susun prismatik. Perpaduan ciri-ciri tersebut membentuk morfologi permukaan cacat wortel yang tampak seperti bentuk wortel dengan kepadatan kurang dari 1 cm-2 seperti terlihat pada Gambar 4f. Cacat wortel mudah terbentuk pada goresan pemolesan, TSD, atau cacat substrat.
Goresan
Goresan merupakan kerusakan mekanis pada permukaan wafer SiC yang terbentuk selama proses produksi, seperti terlihat pada Gambar 4h. Goresan pada substrat SiC dapat mengganggu pertumbuhan epilayer, menghasilkan deretan dislokasi kepadatan tinggi di dalam epilayer, atau goresan dapat menjadi dasar pembentukan cacat wortel. Oleh karena itu, sangat penting untuk memoles wafer SiC dengan benar karena goresan ini dapat berdampak signifikan pada kinerja perangkat ketika muncul di area aktif. perangkat.
Cacat morfologi permukaan lainnya
Step clustering adalah cacat permukaan yang terbentuk selama proses pertumbuhan epitaksi SiC, yang menghasilkan fitur segitiga tumpul atau trapesium pada permukaan lapisan SiC. Masih banyak cacat permukaan lainnya, seperti permukaan berlubang, gundukan, dan noda. Cacat ini biasanya disebabkan oleh proses pertumbuhan yang tidak optimal dan penghilangan kerusakan akibat pemolesan yang tidak tuntas, sehingga berdampak buruk pada kinerja perangkat.
Waktu posting: 05 Juni 2024