რა დეფექტები აქვს სილიციუმის კარბიდის ეპიტაქსიურ შრეს

ძირითადი ტექნოლოგია ზრდისთვისSiC ეპიტაქსიალურიმასალები, პირველ რიგში, დეფექტების კონტროლის ტექნოლოგიაა, განსაკუთრებით დეფექტების კონტროლის ტექნოლოგიისთვის, რომელიც მიდრეკილია მოწყობილობის გაუმართაობისკენ ან საიმედოობის დეგრადაციისკენ. ეპიტაქსიური ზრდის პროცესში ეპიტაქსიალურ შრეში გაშლილი სუბსტრატის დეფექტების მექანიზმის შესწავლა, სუბსტრატსა და ეპიტაქსიურ ფენას შორის არსებული დეფექტების გადაცემის და ტრანსფორმაციის კანონები და დეფექტების ნუკლეაციის მექანიზმი საფუძველია კორელაციის გარკვევისათვის. სუბსტრატის დეფექტები და ეპიტაქსიალური სტრუქტურული დეფექტები, რომლებიც ეფექტურად წარმართავს სუბსტრატის სკრინინგს და ეპიტაქსიური პროცესის ოპტიმიზაციას.

-ის დეფექტებისილიციუმის კარბიდის ეპიტაქსიალური ფენებიძირითადად იყოფა ორ კატეგორიად: ბროლის დეფექტები და ზედაპირის მორფოლოგიური დეფექტები. ბროლის დეფექტები, მათ შორის წერტილოვანი დეფექტები, ხრახნიანი დისლოკაციები, მიკროტუბულების დეფექტები, კიდეების დისლოკაციები და ა.შ., ძირითადად წარმოიქმნება SiC სუბსტრატების დეფექტებიდან და დიფუზირდება ეპიტაქსიურ შრეში. ზედაპირის მორფოლოგიური დეფექტების დაკვირვება შესაძლებელია შეუიარაღებელი თვალით მიკროსკოპის გამოყენებით და აქვს ტიპიური მორფოლოგიური მახასიათებლები. ზედაპირის მორფოლოგიური დეფექტები ძირითადად მოიცავს: ნაკაწრს, სამკუთხა დეფექტს, სტაფილოს დეფექტს, დაცემას და ნაწილაკს, როგორც ნაჩვენებია 4-ზე. ეპიტაქსიური პროცესის დროს, უცხო ნაწილაკები, სუბსტრატის დეფექტები, ზედაპირის დაზიანება და ეპიტაქსიური პროცესის გადახრები შეიძლება გავლენა იქონიოს ლოკალურ საფეხურზე. ზრდის რეჟიმი, რაც იწვევს ზედაპირის მორფოლოგიურ დეფექტებს.

ცხრილი 1. SiC ეპიტაქსიურ შრეებში საერთო მატრიცის დეფექტების და ზედაპირის მორფოლოგიური დეფექტების წარმოქმნის მიზეზები

 

წერტილოვანი დეფექტები

წერტილოვანი დეფექტები წარმოიქმნება ვაკანსიებით ან ხარვეზებით ერთ გისოსულ წერტილში ან რამდენიმე მედის წერტილში და მათ არ აქვთ სივრცითი გაფართოება. წერტილოვანი დეფექტები შეიძლება მოხდეს წარმოების ყველა პროცესში, განსაკუთრებით იონის იმპლანტაციაში. თუმცა, მათი აღმოჩენა ძნელია და ასევე საკმაოდ რთულია კავშირი წერტილოვანი დეფექტებისა და სხვა დეფექტების ტრანსფორმაციას შორის.

 

მიკრომილები (MP)

მიკრომილები არის ღრუ ხრახნიანი დისლოკაციები, რომლებიც ვრცელდება ზრდის ღერძის გასწვრივ, ბურგერის ვექტორით <0001>. მიკრომილების დიამეტრი მერყეობს მიკრონის ფრაქციადან ათეულ მიკრონამდე. მიკრომილები აჩვენებენ დიდი ორმოს მსგავსი ზედაპირის მახასიათებლებს SiC ვაფლის ზედაპირზე. როგორც წესი, მიკრომილების სიმკვრივე არის დაახლოებით 0,1~1 სმ-2 და აგრძელებს კლებას ვაფლის წარმოების ხარისხის მონიტორინგის კომერციულ დონეზე.

 

ხრახნიანი დისლოკაციები (TSD) და კიდეების დისლოკაციები (TED)

SiC-ში დისლოკაციები არის მოწყობილობის დეგრადაციისა და უკმარისობის მთავარი წყარო. ორივე ხრახნიანი დისლოკაცია (TSD) და კიდეების დისლოკაცია (TED) გადის ზრდის ღერძის გასწვრივ, ბურგერის ვექტორებით <0001> და 1/3<11-20>, შესაბამისად.

ორივე ხრახნიანი დისლოკაცია (TSD) და კიდეების დისლოკაცია (TED) შეიძლება გავრცელდეს სუბსტრატიდან ვაფლის ზედაპირზე და მოიტანოს მცირე ზომის ორმოს მსგავსი ზედაპირის მახასიათებლები (სურათი 4b). როგორც წესი, კიდეების დისლოკაციების სიმკვრივე დაახლოებით 10-ჯერ აღემატება ხრახნის დისლოკაციის სიმკვრივეს. გაფართოებული ხრახნიანი დისლოკაციები, ანუ სუბსტრატიდან ეპილა შრემდე გადაჭიმული, ასევე შეიძლება გარდაიქმნას სხვა დეფექტებად და გავრცელდეს ზრდის ღერძის გასწვრივ. დროსSiC ეპიტაქსიალურიზრდა, ხრახნიანი დისლოკაციები გარდაიქმნება დაწყობის ხარვეზად (SF) ან სტაფილოს დეფექტად, ხოლო კიდეების დისლოკაცია ეპილარეებში ნაჩვენებია, რომ გარდაიქმნება ბაზალური სიბრტყის დისლოკაციებიდან (BPDs), რომელიც მემკვიდრეობით არის მიღებული ეპიტაქსიური ზრდის დროს.

 

სიბრტყის ძირითადი დისლოკაცია (BPD)

მდებარეობს SiC ბაზალურ სიბრტყეზე, ბურგერის ვექტორით 1/3 <11–20>. BPD იშვიათად ჩნდება SiC ვაფლის ზედაპირზე. ისინი, როგორც წესი, კონცენტრირებულია სუბსტრატზე, რომლის სიმკვრივეა 1500 სმ-2, ხოლო ეპილაში მათი სიმკვრივე მხოლოდ 10 სმ-2-ია. BPD-ების გამოვლენა ფოტოლუმინესცენციის (PL) გამოყენებით გვიჩვენებს ხაზოვან მახასიათებლებს, როგორც ნაჩვენებია სურათზე 4c. დროსSiC ეპიტაქსიალურიზრდა, გაფართოებული BPD შეიძლება გარდაიქმნას დაწყობის ხარვეზებად (SF) ან კიდეების დისლოკაციებად (TED).

 

დაწყობის ხარვეზები (SFs)

SiC ბაზალური სიბრტყის დაწყობის თანმიმდევრობის დეფექტები. დაწყობის ხარვეზები შეიძლება გამოჩნდეს ეპიტაქსიალურ შრეში სუბსტრატში SF-ების მემკვიდრეობით, ან დაკავშირებული იყოს ბაზალური სიბრტყის დისლოკაციების (BPDs) და ხრახნიანი ხრახნის დისლოკაციების (TSDs) გაფართოებასა და ტრანსფორმაციასთან. ზოგადად, SF-ების სიმკვრივე 1 სმ-2-ზე ნაკლებია და ისინი აჩვენებენ სამკუთხა მახასიათებელს PL-ის გამოყენებით გამოვლენისას, როგორც ნაჩვენებია სურათზე 4e. თუმცა, SiC-ში შეიძლება წარმოიქმნას სხვადასხვა ტიპის დაწყობის ხარვეზები, როგორიცაა შოკლის ტიპი და ფრანკის ტიპი, რადგან თვითმფრინავებს შორის ენერგიის მცირე რაოდენობამაც კი შეიძლება გამოიწვიოს მნიშვნელოვანი დარღვევები დაწყობის თანმიმდევრობაში.

 

დაცემა

დაცემის დეფექტი ძირითადად წარმოიქმნება ზრდის პროცესის დროს რეაქციის კამერის ზედა და გვერდით კედლებზე ნაწილაკების ვარდნისგან, რაც შეიძლება ოპტიმიზირებული იყოს რეაქციის კამერის გრაფიტის სახარჯო მასალის პერიოდული შენარჩუნების პროცესის ოპტიმიზაციის გზით.

 

სამკუთხა დეფექტი

ეს არის 3C-SiC პოლიტიპის ჩართვა, რომელიც ვრცელდება SiC ეპიშრის ზედაპირზე ბაზალური სიბრტყის მიმართულებით, როგორც ნაჩვენებია სურათზე 4g. ის შეიძლება წარმოიქმნას ეპიტაქსიური ზრდის დროს SiC ეპილა ფენის ზედაპირზე ნაწილაკების დაცემით. ნაწილაკები ეპილარეშია ჩასმული და ხელს უშლის ზრდის პროცესს, რის შედეგადაც წარმოიქმნება 3C-SiC პოლიტიპის ჩანართები, რომლებიც აჩვენებენ მკვეთრი კუთხოვანი სამკუთხა ზედაპირის მახასიათებლებს სამკუთხა რეგიონის წვეროებზე მდებარე ნაწილაკებთან. ბევრმა კვლევამ ასევე მიაწერა პოლიტიპური ჩანართების წარმოშობა ზედაპირის ნაკაწრებს, მიკრომილებს და ზრდის პროცესის არასწორ პარამეტრებს.

 

სტაფილოს დეფექტი

სტაფილოს დეფექტი არის დაწყობის დეფექტის კომპლექსი ორი ბოლოთი განლაგებული TSD და SF ბაზალური კრისტალური სიბრტყეებით, მთავრდება ფრანკის ტიპის დისლოკაციით და სტაფილოს დეფექტის ზომა დაკავშირებულია პრიზმული დაწყობის დეფექტთან. ამ მახასიათებლების ერთობლიობა ქმნის სტაფილოს დეფექტის ზედაპირულ მორფოლოგიას, რომელიც ჰგავს სტაფილოს ფორმას 1 სმ-2-ზე ნაკლები სიმკვრივით, როგორც ნაჩვენებია სურათზე 4f. სტაფილოს დეფექტები ადვილად წარმოიქმნება გაპრიალების დროს, ნაკაწრების, TSD-ების ან სუბსტრატის დეფექტების დროს.

 

ნაკაწრები

ნაკაწრები არის მექანიკური დაზიანება SiC ვაფლის ზედაპირზე წარმოქმნილი წარმოების პროცესში, როგორც ნაჩვენებია სურათზე 4h. SiC სუბსტრატზე ნაკაწრებმა შეიძლება ხელი შეუშალოს ეპიშრის ზრდას, გამოიწვიოს მაღალი სიმკვრივის დისლოკაციები ეპი შრის შიგნით, ან ნაკაწრები შეიძლება გახდეს სტაფილოს დეფექტების წარმოქმნის საფუძველი. ამიტომ, ძალიან მნიშვნელოვანია SiC ვაფლის სწორად გაპრიალება, რადგან ამ ნაკაწრებმა შეიძლება მნიშვნელოვანი გავლენა მოახდინოს მოწყობილობის მუშაობაზე, როდესაც ისინი გამოჩნდება მოწყობილობის აქტიურ ზონაში.

 

სხვა ზედაპირის მორფოლოგიური დეფექტები

საფეხურიანი დალაგება არის ზედაპირის დეფექტი, რომელიც წარმოიქმნება SiC ეპიტაქსიალური ზრდის პროცესში, რომელიც წარმოქმნის ბლაგვ სამკუთხედებს ან ტრაპეციულ მახასიათებლებს SiC ეპიშრის ზედაპირზე. არსებობს მრავალი სხვა ზედაპირის დეფექტი, როგორიცაა ზედაპირის ორმოები, მუწუკები და ლაქები. ეს დეფექტები, როგორც წესი, გამოწვეულია ზრდის არაოპტიმიზებული პროცესებით და პოლირების დაზიანების არასრული მოცილებით, რაც უარყოფითად მოქმედებს მოწყობილობის მუშაობაზე.