성장을 위한 핵심기술SiC 에피텍셜재료는 첫째로 결함 제어 기술이며, 특히 장치 고장이나 신뢰성 저하가 발생하기 쉬운 결함 제어 기술에 적합합니다. 에피택셜 성장 과정에서 기판 결함이 에피택셜 층으로 확장되는 메커니즘, 기판과 에피택셜 층 사이의 경계면에서 결함의 전달 및 변형 법칙, 결함의 핵 생성 메커니즘에 대한 연구는 에피택셜 성장 간의 상관관계를 명확히 하는 기초가 됩니다. 기판 스크리닝 및 에피택셜 공정 최적화를 효과적으로 안내할 수 있는 기판 결함 및 에피택셜 구조적 결함.
결함실리콘 카바이드 에피택셜 층크게 결정 결함과 표면 형태 결함의 두 가지 범주로 나뉩니다. 점 결함, 나사 전위, 미세소관 결함, 가장자리 전위 등을 포함한 결정 결함은 대부분 SiC 기판의 결함에서 발생하여 에피택셜 층으로 확산됩니다. 표면 형태 결함은 현미경을 사용하여 육안으로 직접 관찰할 수 있으며 전형적인 형태학적 특성을 가지고 있습니다. 표면 형태 결함에는 그림 4와 같이 주로 스크래치, 삼각형 결함, 당근 결함, 몰락 및 입자가 포함됩니다. 에피택시 공정 중에 이물질, 기판 결함, 표면 손상 및 에피택시 공정 편차가 모두 국부적인 단계 흐름에 영향을 미칠 수 있습니다. 성장 모드로 인해 표면 형태 결함이 발생합니다.
표 1. SiC 에피택시층의 일반적인 매트릭스 결함 및 표면 형태 결함 형성 원인
점결함
점결함은 단일 격자점 또는 여러 격자점의 공극이나 틈에 의해 형성되며 공간 확장이 없습니다. 모든 생산공정, 특히 이온주입 공정에서 점결함이 발생할 수 있습니다. 그러나 검출이 어렵고, 점결함의 변형과 기타 결함의 관계도 상당히 복잡하다.
마이크로파이프(MP)
마이크로파이프는 버거 벡터 <0001>를 사용하여 성장 축을 따라 전파되는 중공 나사 전위입니다. 마이크로튜브의 직경은 1분의 1 마이크론에서 수십 마이크론까지 다양합니다. 마이크로튜브는 SiC 웨이퍼 표면에 커다란 구덩이 같은 표면 특징을 보여줍니다. 일반적으로 마이크로튜브의 밀도는 0.1~1cm-2 정도이며, 상용 웨이퍼 생산 품질 모니터링에서 계속해서 감소하고 있습니다.
나사 전위(TSD) 및 모서리 전위(TED)
SiC의 전위는 장치 성능 저하 및 고장의 주요 원인입니다. 나사 전위(TSD)와 가장자리 전위(TED)는 모두 버거 벡터가 <0001> 및 1/3<11-20>인 성장 축을 따라 실행됩니다.
나사 전위(TSD)와 가장자리 전위(TED) 모두 기판에서 웨이퍼 표면으로 확장되어 작은 구덩이 같은 표면 특징을 가져올 수 있습니다(그림 4b). 일반적으로 모서리 전위의 밀도는 나사 전위의 밀도의 약 10배입니다. 확장된 나사 전위, 즉 기판에서 에피층으로 확장되는 경우에도 다른 결함으로 변환되어 성장 축을 따라 전파될 수 있습니다. 동안SiC 에피텍셜성장 중에 나사 전위는 적층 결함(SF) 또는 당근 결함으로 변환되는 반면, 에피층의 가장자리 전위는 에피택셜 성장 동안 기판에서 유전된 기저 평면 전위(BPD)로부터 변환되는 것으로 나타났습니다.
기본 평면 전위(BPD)
Burgers 벡터가 1/3 <11–20>인 SiC 기본 평면에 위치합니다. BPD는 SiC 웨이퍼 표면에 거의 나타나지 않습니다. 이들은 일반적으로 1500cm-2의 밀도로 기판에 집중되어 있는 반면, 에피층의 밀도는 약 10cm-2에 불과합니다. 광발광(PL)을 사용한 BPD 검출은 그림 4c와 같이 선형 특징을 보여줍니다. 동안SiC 에피텍셜확장된 BPD는 SF(Stacking Fault) 또는 TED(Edge Dislocation)로 변환될 수 있습니다.
스태킹 오류(SF)
SiC 기본 평면의 적층 순서에 결함이 있습니다. 적층 결함은 기판의 SF를 상속하여 에피택셜 층에 나타나거나 BPD(기저 평면 전위) 및 TSD(스레딩 나사 전위)의 확장 및 변형과 관련될 수 있습니다. 일반적으로 SF의 밀도는 1 cm-2 미만이며 그림 4e와 같이 PL을 사용하여 감지하면 삼각형 특징을 나타냅니다. 그러나 SiC에서는 Shockley형, Frank형 등 다양한 형태의 적층 결함이 발생할 수 있는데, 이는 평면 간의 작은 적층 에너지 장애라도 적층 순서에 상당한 불규칙성을 초래할 수 있기 때문이다.
몰락
몰락 결함은 주로 성장 과정에서 반응 챔버의 상부 및 측벽에 입자가 떨어지는 데서 발생하며, 이는 반응 챔버 흑연 소모품의 주기적인 유지 관리 프로세스를 최적화하여 최적화할 수 있습니다.
삼각결함
이는 그림 4g와 같이 기저 평면 방향을 따라 SiC 에피층의 표면까지 확장되는 3C-SiC 다형 함유물입니다. 이는 에피택셜 성장 중에 SiC 에피층 표면에 떨어지는 입자에 의해 생성될 수 있습니다. 입자는 에피층에 내장되어 성장 과정을 방해하여 3C-SiC 다형 함유물을 생성하며, 이는 삼각형 영역의 꼭지점에 위치한 입자와 함께 날카로운 각도의 삼각형 표면 특징을 나타냅니다. 많은 연구에서는 또한 표면 긁힘, 마이크로파이프 및 성장 과정의 부적절한 매개변수로 인해 다형 함유물이 발생했다고 밝혔습니다.
당근 결함
당근 결함은 TSD 및 SF 기저 결정 평면에 두 끝이 있는 적층 결함 복합체로, 프랭크형 전위로 종결되며, 당근 결함의 크기는 프리즘형 적층 결함과 관련이 있습니다. 이러한 특징의 조합은 그림 4f에 표시된 것처럼 밀도가 1cm-2 미만인 당근 모양처럼 보이는 당근 결함의 표면 형태를 형성합니다. 당근 결함은 연마 스크래치, TSD 또는 기판 결함에서 쉽게 형성됩니다.
긁힌 자국
스크래치는 그림 4h에 표시된 것처럼 생산 공정 중에 형성된 SiC 웨이퍼 표면의 기계적 손상입니다. SiC 기판의 스크래치는 에피층의 성장을 방해하거나, 에피층 내에 일련의 고밀도 전위를 생성하거나, 스크래치가 당근 결함 형성의 기초가 될 수 있습니다. 따라서 이러한 스크래치가 장치의 활성 영역에 나타날 때 장치 성능에 상당한 영향을 미칠 수 있으므로 SiC 웨이퍼를 적절하게 연마하는 것이 중요합니다.
기타 표면 형태 결함
스텝 번칭(Step Bunching)은 SiC 에피층 성장 공정 중에 형성된 표면 결함으로, SiC 에피층 표면에 둔각 삼각형 또는 사다리꼴 형상을 생성합니다. 그 밖에도 표면의 구덩이, 돌기, 얼룩 등 표면 결함이 많이 있습니다. 이러한 결함은 일반적으로 최적화되지 않은 성장 프로세스와 연마 손상의 불완전한 제거로 인해 발생하며 이는 장치 성능에 부정적인 영향을 미칩니다.
게시 시간: 2024년 6월 5일