La tecnologia chiave per la crescita delSiC epitassialemateriali è in primo luogo la tecnologia di controllo dei difetti, in particolare per la tecnologia di controllo dei difetti che è soggetta a guasti del dispositivo o al degrado dell'affidabilità. Lo studio del meccanismo dei difetti del substrato che si estendono nello strato epitassiale durante il processo di crescita epitassiale, le leggi di trasferimento e trasformazione dei difetti all'interfaccia tra substrato e strato epitassiale e il meccanismo di nucleazione dei difetti sono la base per chiarire la correlazione tra difetti del substrato e difetti strutturali epitassiali, che possono guidare efficacemente lo screening del substrato e l'ottimizzazione del processo epitassiale.
I difetti distrati epitassiali di carburo di siliciosi dividono principalmente in due categorie: difetti cristallini e difetti di morfologia superficiale. I difetti cristallini, inclusi difetti puntiformi, dislocazioni a vite, difetti di microtubuli, dislocazioni dei bordi, ecc., provengono principalmente da difetti su substrati SiC e si diffondono nello strato epitassiale. I difetti morfologici superficiali possono essere osservati direttamente ad occhio nudo utilizzando un microscopio e presentano caratteristiche morfologiche tipiche. I difetti della morfologia superficiale includono principalmente: graffio, difetto triangolare, difetto della carota, caduta e particella, come mostrato nella Figura 4. Durante il processo epitassiale, particelle estranee, difetti del substrato, danni superficiali e deviazioni del processo epitassiale possono tutti influenzare il flusso della fase locale modalità di crescita, con conseguenti difetti morfologici superficiali.
Tabella 1. Cause della formazione di difetti comuni della matrice e difetti morfologici superficiali negli strati epitassiali di SiC
Difetti puntuali
I difetti puntuali sono formati da posti vacanti o lacune in un singolo punto del reticolo o in più punti del reticolo e non hanno estensione spaziale. Difetti puntuali possono verificarsi in ogni processo produttivo, soprattutto nell'impianto ionico. Tuttavia, sono difficili da rilevare e anche la relazione tra la trasformazione dei difetti puntuali e altri difetti è piuttosto complessa.
Microtubi (MP)
I microtubi sono dislocazioni a vite cava che si propagano lungo l'asse di crescita, con un vettore di Burgers <0001>. Il diametro dei microtubi varia da una frazione di micron a decine di micron. I microtubi mostrano grandi caratteristiche superficiali simili a fossette sulla superficie dei wafer SiC. Tipicamente, la densità dei microtubi è di circa 0,1~1 cm-2 e continua a diminuire nel monitoraggio della qualità della produzione di wafer commerciali.
Dislocazioni delle viti (TSD) e dislocazioni dei bordi (TED)
Le dislocazioni nel SiC sono la principale fonte di degrado e guasto del dispositivo. Sia le dislocazioni a vite (TSD) che le dislocazioni dei bordi (TED) corrono lungo l'asse di crescita, con vettori di Burgers rispettivamente di <0001> e 1/3 <11–20>.
Sia le dislocazioni a vite (TSD) che le dislocazioni dei bordi (TED) possono estendersi dal substrato alla superficie del wafer e portare piccole caratteristiche superficiali simili a fossette (Figura 4b). Tipicamente, la densità delle dislocazioni dei bordi è circa 10 volte quella delle dislocazioni delle viti. Dislocazioni estese delle viti, che si estendono cioè dal substrato all'epistrato, possono anche trasformarsi in altri difetti e propagarsi lungo l'asse di crescita. DuranteSiC epitassialecrescita, le dislocazioni delle viti vengono convertite in difetti di impilamento (SF) o difetti di carota, mentre è stato dimostrato che le dislocazioni dei bordi negli epistrati vengono convertite da dislocazioni del piano basale (BPD) ereditate dal substrato durante la crescita epitassiale.
Dislocazione piana di base (BPD)
Situato sul piano basale del SiC, con un vettore Burgers di 1/3 <11–20>. I BPD compaiono raramente sulla superficie dei wafer SiC. Di solito sono concentrati sul substrato con una densità di 1500 cm-2, mentre la loro densità nell'epistrato è solo di circa 10 cm-2. Il rilevamento di BPD mediante fotoluminescenza (PL) mostra caratteristiche lineari, come mostrato nella Figura 4c. DuranteSiC epitassialecrescita, BPD estesi possono essere convertiti in faglie di impilamento (SF) o dislocazioni dei bordi (TED).
Errori di impilamento (SF)
Difetti nella sequenza di impilamento del piano basale del SiC. I difetti di impilamento possono apparire nello strato epitassiale ereditando gli SF nel substrato, o essere correlati all'estensione e alla trasformazione delle dislocazioni del piano basale (BPD) e delle dislocazioni delle viti filettanti (TSD). Generalmente, la densità degli SF è inferiore a 1 cm-2 e presentano una caratteristica triangolare quando rilevati utilizzando PL, come mostrato nella Figura 4e. Tuttavia, nel SiC si possono formare vari tipi di difetti di impilamento, come il tipo Shockley e il tipo Frank, perché anche una piccola quantità di disordine energetico di impilamento tra i piani può portare a una notevole irregolarità nella sequenza di impilamento.
Caduta
Il difetto di caduta ha origine principalmente dalla caduta di particelle sulle pareti superiore e laterale della camera di reazione durante il processo di crescita, che può essere ottimizzato ottimizzando il processo di manutenzione periodica dei materiali di consumo in grafite della camera di reazione.
Difetto triangolare
Si tratta di un'inclusione di politipo 3C-SiC che si estende alla superficie dell'epistrato SiC lungo la direzione del piano basale, come mostrato nella Figura 4g. Può essere generato dalle particelle che cadono sulla superficie dell'epistrato SiC durante la crescita epitassiale. Le particelle sono incorporate nell'epistrato e interferiscono con il processo di crescita, risultando in inclusioni di politipo 3C-SiC, che mostrano caratteristiche superficiali triangolari ad angolo acuto con le particelle situate ai vertici della regione triangolare. Molti studi hanno anche attribuito l'origine delle inclusioni politipiche a graffi superficiali, microtubi e parametri impropri del processo di crescita.
Difetto della carota
Un difetto della carota è un complesso di faglie di impilamento con due estremità situate sui piani cristallini basali TSD e SF, terminato da una dislocazione di tipo Frank, e la dimensione del difetto della carota è correlata alla faglia di impilamento prismatica. La combinazione di queste caratteristiche forma la morfologia superficiale del difetto della carota, che assomiglia a una forma di carota con una densità inferiore a 1 cm-2, come mostrato nella Figura 4f. I difetti a carota si formano facilmente durante la lucidatura di graffi, TSD o difetti del substrato.
Graffi
I graffi sono danni meccanici sulla superficie dei wafer SiC formati durante il processo di produzione, come mostrato nella Figura 4h. I graffi sul substrato SiC possono interferire con la crescita dell'epistrato, produrre una fila di dislocazioni ad alta densità all'interno dell'epistrato oppure i graffi possono diventare la base per la formazione di difetti a carota. Pertanto, è fondamentale lucidare adeguatamente i wafer SiC perché questi graffi possono avere un impatto significativo sulle prestazioni del dispositivo quando compaiono nell'area attiva del dispositivo.
Altri difetti della morfologia superficiale
Il raggruppamento a gradini è un difetto superficiale formatosi durante il processo di crescita epitassiale del SiC, che produce triangoli ottusi o caratteristiche trapezoidali sulla superficie dell'epistrato di SiC. Esistono molti altri difetti superficiali, come cavità superficiali, protuberanze e macchie. Questi difetti sono solitamente causati da processi di crescita non ottimizzati e da una rimozione incompleta dei danni da lucidatura, che influiscono negativamente sulle prestazioni del dispositivo.
Orario di pubblicazione: 05-giu-2024