Kādi ir silīcija karbīda epitaksiskā slāņa defekti

Galvenā tehnoloģija izaugsmeiSiC epitaksiālsmateriāli, pirmkārt, ir defektu kontroles tehnoloģija, jo īpaši defektu kontroles tehnoloģijai, kas ir pakļauta ierīces atteicei vai uzticamības pasliktināšanās. Substrāta defektu mehānisma izpēte, kas epitaksiskā augšanas procesa laikā izplatās epitaksiskajā slānī, defektu pārneses un transformācijas likumi saskarnē starp substrātu un epitaksiālo slāni, kā arī defektu nukleācijas mehānisms ir pamats, lai noskaidrotu korelāciju starp substrāta defekti un epitaksiālie strukturālie defekti, kas var efektīvi vadīt substrāta skrīningu un epitaksiskā procesa optimizāciju.

Defektisilīcija karbīda epitaksiālie slāņiTos galvenokārt iedala divās kategorijās: kristāla defekti un virsmas morfoloģijas defekti. Kristālu defekti, tostarp punktveida defekti, skrūvju dislokācijas, mikrotubulu defekti, malu dislokācijas utt., Lielākoties rodas SiC substrātu defektu rezultātā un izkliedējas epitaksiālajā slānī. Virsmas morfoloģijas defektus var tieši novērot ar neapbruņotu aci, izmantojot mikroskopu, un tiem ir tipiskas morfoloģiskās īpašības. Virsmas morfoloģijas defekti galvenokārt ietver: skrāpējumu, trīsstūrveida defektu, burkāna defektu, kritumu un daļiņu, kā parādīts 4. attēlā. Epitaksiālā procesa laikā svešķermeņu daļiņas, substrāta defekti, virsmas bojājumi un epitaksiskā procesa novirzes var ietekmēt vietējo soļu plūsmu. augšanas režīms, kā rezultātā rodas virsmas morfoloģijas defekti.

1. tabula. Kopējo matricas defektu un virsmas morfoloģijas defektu veidošanās cēloņi SiC epitaksiālajos slāņos

 

Punktu defekti

Punktu defektus veido tukšas vietas vai spraugas vienā režģa punktā vai vairākos režģa punktos, un tiem nav telpiska paplašinājuma. Punktu defekti var rasties katrā ražošanas procesā, īpaši jonu implantācijā. Tomēr tos ir grūti atklāt, un arī attiecības starp punktu defektu transformāciju un citiem defektiem ir diezgan sarežģītas.

 

Mikrocaurules (MP)

Mikrocaurules ir dobas skrūvju dislokācijas, kas izplatās pa augšanas asi ar Burgers vektoru <0001>. Mikrocauruļu diametrs svārstās no mikrona frakcijas līdz desmitiem mikronu. Mikrocaurules uz SiC vafeļu virsmas parāda lielas bedrei līdzīgas virsmas iezīmes. Parasti mikrocauruļu blīvums ir aptuveni 0,1 ~ 1 cm-2 un turpina samazināties komerciālās vafeļu ražošanas kvalitātes uzraudzībā.

 

Skrūvju dislokācijas (TSD) un malu dislokācijas (TED)

SiC dislokācijas ir galvenais ierīces degradācijas un atteices avots. Gan skrūvju dislokācijas (TSD), gan malu dislokācijas (TED) iet gar augšanas asi ar Burgers vektoriem attiecīgi <0001> un 1/3 <11–20>.

Gan skrūvju dislokācijas (TSD), gan malu dislokācijas (TED) var izstiepties no pamatnes līdz vafeles virsmai un radīt nelielas bedrei līdzīgas virsmas iezīmes (4.b attēls). Parasti malu dislokāciju blīvums ir apmēram 10 reizes lielāks nekā skrūvju dislokāciju blīvums. Pagarinātas skrūvju dislokācijas, tas ir, stiepjas no substrāta līdz epislānim, var arī pārveidoties citos defektos un izplatīties pa augšanas asi. LaikāSiC epitaksiālsaugšana, skrūvju dislokācijas tiek pārvērstas sakraušanas defektos (SF) vai burkānu defektos, savukārt malu dislokācijas epislāņos tiek pārveidotas no bazālās plaknes dislokācijām (BPD), kas mantotas no substrāta epitaksiskās augšanas laikā.

 

Pamatplaknes dislokācija (BPD)

Atrodas SiC bazālajā plaknē ar Burgers vektoru 1/3 <11–20>. BPD reti parādās uz SiC vafeļu virsmas. Tie parasti ir koncentrēti uz substrāta ar blīvumu 1500 cm-2, savukārt to blīvums epislānī ir tikai aptuveni 10 cm-2. BPD noteikšana, izmantojot fotoluminiscenci (PL), parāda lineāras pazīmes, kā parādīts 4.c attēlā. LaikāSiC epitaksiālsaugšana, paplašinātie BPD var tikt pārvērsti sakraušanas defektos (SF) vai malu dislokācijās (TED).

 

Kraušanas kļūdas (SF)

SiC pamatplaknes sakraušanas secības defekti. Sakraušanas defekti var parādīties epitaksiālajā slānī, mantojot SF substrātā, vai arī būt saistīti ar bazālās plaknes dislokāciju (BPD) un vītņskrūvju dislokāciju (TSD) paplašināšanos un transformāciju. Parasti SF blīvums ir mazāks par 1 cm-2, un tiem ir trīsstūrveida iezīme, ja to nosaka, izmantojot PL, kā parādīts 4.e attēlā. Tomēr SiC var veidoties dažāda veida kraušanas defekti, piemēram, Shockley tips un Frank tips, jo pat neliels kraušanas enerģijas traucējums starp plaknēm var izraisīt ievērojamu nelīdzenumu kraušanas secībā.

 

Kritums

Krišanas defekts galvenokārt rodas no daļiņu krituma reakcijas kameras augšējās un sānu sienās augšanas procesa laikā, ko var optimizēt, optimizējot reakcijas kameras grafīta palīgmateriālu periodisko apkopes procesu.

 

Trīsstūrveida defekts

Tas ir 3C-SiC politipa ieslēgums, kas stiepjas līdz SiC epislāņa virsmai gar bazālās plaknes virzienu, kā parādīts 4.g attēlā. To var radīt krītošās daļiņas uz SiC epislāņa virsmas epitaksiskās augšanas laikā. Daļiņas ir iestrādātas epislānī un traucē augšanas procesu, kā rezultātā veidojas 3C-SiC politipa ieslēgumi, kuriem ir asa leņķa trīsstūrveida virsmas iezīmes ar daļiņām, kas atrodas trīsstūra apgabala virsotnēs. Daudzos pētījumos politipa ieslēgumu izcelsme ir arī saistīta ar virsmas skrāpējumiem, mikrocaurulēm un nepareiziem augšanas procesa parametriem.

 

Burkānu defekts

Burkāna defekts ir sakraušanas defektu komplekss ar diviem galiem, kas atrodas TSD un SF bazālo kristālu plaknēs, beidzas ar Frank tipa dislokāciju, un burkāna defekta lielums ir saistīts ar prizmatisko kraušanas defektu. Šo pazīmju kombinācija veido burkāna defekta virsmas morfoloģiju, kas izskatās kā burkāna forma, kuras blīvums ir mazāks par 1 cm-2, kā parādīts 4.f attēlā. Burkānu defekti viegli veidojas pie pulēšanas skrāpējumiem, TSD vai substrāta defektiem.

 

Skrāpējumi

Skrāpējumi ir mehāniski bojājumi uz SiC vafeļu virsmas, kas veidojas ražošanas procesā, kā parādīts 4h attēlā. Skrāpējumi uz SiC substrāta var traucēt epislāņa augšanu, radīt augsta blīvuma izmežģījumu rindu epislānī, vai arī skrāpējumi var kļūt par pamatu burkānu defektu veidošanās procesam. Tāpēc ir ļoti svarīgi pareizi pulēt SiC vafeles, jo šīs skrāpējumi var būtiski ietekmēt ierīces veiktspēju, kad tie parādās ierīces aktīvajā zonā.

 

Citi virsmas morfoloģijas defekti

Pakāpju saspiešana ir virsmas defekts, kas veidojas SiC epitaksiālās augšanas procesā, kas veido neasus trīsstūrus vai trapecveida iezīmes uz SiC epislāņa virsmas. Ir daudz citu virsmas defektu, piemēram, virsmas bedrītes, nelīdzenumi un traipi. Šos defektus parasti izraisa neoptimizēti augšanas procesi un nepilnīga pulēšanas bojājumu noņemšana, kas negatīvi ietekmē ierīces darbību.