सिलिकॉन कार्बाइड एपिटॅक्सियल लेयरचे दोष काय आहेत

च्या वाढीसाठी मुख्य तंत्रज्ञानSiC epitaxialसाहित्य हे प्रथमतः दोष नियंत्रण तंत्रज्ञान आहे, विशेषत: दोष नियंत्रण तंत्रज्ञानासाठी जे उपकरण निकामी होण्यास किंवा विश्वासार्हता कमी होण्यास प्रवण असते. एपिटॅक्सियल वाढीच्या प्रक्रियेदरम्यान एपिटॅक्सियल लेयरमध्ये विस्तारलेल्या सब्सट्रेट दोषांच्या यंत्रणेचा अभ्यास, सब्सट्रेट आणि एपिटॅक्सियल लेयरमधील इंटरफेसमध्ये दोषांचे हस्तांतरण आणि परिवर्तनाचे नियम आणि दोषांचे न्यूक्लिएशन यंत्रणा हे परस्परसंबंध स्पष्ट करण्यासाठी आधार आहेत. सब्सट्रेट दोष आणि एपिटॅक्सियल स्ट्रक्चरल दोष, जे प्रभावीपणे मार्गदर्शन करू शकतात सब्सट्रेट स्क्रीनिंग आणि एपिटेक्सियल प्रक्रिया ऑप्टिमायझेशन.

चे दोषसिलिकॉन कार्बाइड एपिटॅक्सियल स्तरमुख्यतः दोन प्रकारांमध्ये विभागले गेले आहेत: क्रिस्टल दोष आणि पृष्ठभाग आकारविज्ञान दोष. क्रिस्टल दोष, बिंदू दोष, स्क्रू डिस्लोकेशन, मायक्रोट्यूब्यूल दोष, एज डिस्लोकेशन इ., बहुतेक SiC सब्सट्रेट्सवरील दोषांपासून उद्भवतात आणि एपिटॅक्सियल लेयरमध्ये पसरतात. सूक्ष्मदर्शकाचा वापर करून पृष्ठभागावरील आकारविज्ञान दोष थेट उघड्या डोळ्यांनी पाहिले जाऊ शकतात आणि त्यांची विशिष्ट आकारविज्ञान वैशिष्ट्ये आहेत. आकृती 4 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, पृष्ठभागाच्या आकारविज्ञान दोषांमध्ये प्रामुख्याने समाविष्ट आहे: स्क्रॅच, त्रिकोणी दोष, गाजर दोष, पडझड आणि कण. एपिटॅक्सियल प्रक्रियेदरम्यान, परकीय कण, सब्सट्रेट दोष, पृष्ठभागाचे नुकसान आणि एपिटॅक्सियल प्रक्रिया विचलन हे सर्व स्थानिक पायरी प्रवाहावर परिणाम करू शकतात. ग्रोथ मोड, परिणामी पृष्ठभाग आकारविज्ञान दोष.

तक्ता 1. SiC एपिटॅक्सियल लेयर्समध्ये सामान्य मॅट्रिक्स दोष आणि पृष्ठभागाच्या आकारविज्ञान दोषांच्या निर्मितीची कारणे

 

बिंदू दोष

बिंदू दोष एका जाळीच्या बिंदूवर किंवा अनेक जाळीच्या बिंदूंवरील रिक्त जागा किंवा अंतरांमुळे तयार होतात आणि त्यांचा कोणताही अवकाशीय विस्तार नसतो. प्रत्येक उत्पादन प्रक्रियेत, विशेषत: आयन इम्प्लांटेशनमध्ये बिंदू दोष उद्भवू शकतात. तथापि, ते शोधणे कठीण आहे आणि बिंदू दोष आणि इतर दोषांचे परिवर्तन यांच्यातील संबंध देखील खूप जटिल आहे.

 

मायक्रोपाइप्स (MP)

मायक्रोपाइप्स हे पोकळ स्क्रू डिस्लोकेशन आहेत जे बर्गर वेक्टर <0001> सह वाढीच्या अक्षावर पसरतात. मायक्रोट्यूबचा व्यास एका मायक्रॉनच्या अंशापासून दहा मायक्रॉनपर्यंत असतो. Microtubes SiC वेफर्सच्या पृष्ठभागावर मोठ्या खड्ड्यासारखी पृष्ठभागाची वैशिष्ट्ये दर्शवतात. सामान्यतः, मायक्रोट्यूबची घनता सुमारे 0.1~1cm-2 असते आणि व्यावसायिक वेफर उत्पादनाच्या गुणवत्तेच्या निरीक्षणामध्ये कमी होत राहते.

 

स्क्रू डिस्लोकेशन (टीएसडी) आणि एज डिस्लोकेशन (टीईडी)

SiC मधील डिसलोकेशन हे डिव्हाइस खराब होण्याचे आणि अपयशाचे मुख्य स्त्रोत आहेत. दोन्ही स्क्रू डिस्लोकेशन (टीएसडी) आणि एज डिस्लोकेशन (टीईडी) अनुक्रमे <0001> आणि 1/3<11–20> च्या बर्गर वेक्टरसह वाढीच्या अक्षासह चालतात.

दोन्ही स्क्रू डिस्लोकेशन्स (टीएसडी) आणि एज डिस्लोकेशन्स (टीईडी) सब्सट्रेटपासून वेफरच्या पृष्ठभागापर्यंत विस्तारू शकतात आणि लहान खड्ड्यासारख्या पृष्ठभागाची वैशिष्ट्ये (आकृती 4b) आणू शकतात. सामान्यतः, काठाच्या विस्थापनांची घनता स्क्रू विस्थापनांपेक्षा सुमारे 10 पट असते. विस्तारित स्क्रू डिस्लोकेशन, म्हणजे, सब्सट्रेटपासून एपिलेयरपर्यंत विस्तारित, इतर दोषांमध्ये देखील रूपांतरित होऊ शकते आणि वाढीच्या अक्षावर पसरू शकते. दरम्यानSiC epitaxialवाढ, स्क्रू डिस्लोकेशन्स स्टॅकिंग फॉल्ट्स (SF) किंवा गाजर दोषांमध्ये रूपांतरित केले जातात, तर एपिलेअर्समधील किनारी विस्थापन हे एपिटॅक्सियल ग्रोथ दरम्यान सब्सट्रेटमधून वारशाने मिळालेल्या बेसल प्लेन डिस्लोकेशन्स (BPDs) मधून रूपांतरित झाल्याचे दाखवले जाते.

 

बेसिक प्लेन डिस्लोकेशन (BPD)

1/3 <11–20> च्या बर्गर वेक्टरसह, SiC बेसल प्लेनवर स्थित आहे. बीपीडी क्वचितच SiC वेफर्सच्या पृष्ठभागावर दिसतात. ते सहसा 1500 सेमी -2 घनतेसह सब्सट्रेटवर केंद्रित असतात, तर एपिलियरमध्ये त्यांची घनता फक्त 10 सेमी -2 असते. फोटोलुमिनेसेन्स (PL) वापरून BPDs शोधणे आकृती 4c मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे रेखीय वैशिष्ट्ये दर्शविते. दरम्यानSiC epitaxialवाढ, विस्तारित बीपीडी स्टॅकिंग फॉल्ट्स (एसएफ) किंवा एज डिस्लोकेशन्स (टीईडी) मध्ये रूपांतरित होऊ शकतात.

 

स्टॅकिंग फॉल्ट्स (SFs)

SiC बेसल प्लेनच्या स्टॅकिंग क्रमातील दोष. स्टॅकिंग फॉल्ट्स सब्सट्रेटमधील एसएफ इनहेरिट करून एपिटॅक्सियल लेयरमध्ये दिसू शकतात किंवा बेसल प्लेन डिस्लोकेशन (बीपीडी) आणि थ्रेडिंग स्क्रू डिस्लोकेशन (टीएसडी) च्या विस्तार आणि परिवर्तनाशी संबंधित असू शकतात. साधारणपणे, SFs ची घनता 1 cm-2 पेक्षा कमी असते, आणि आकृती 4e मध्ये दाखवल्याप्रमाणे PL वापरून आढळल्यास ते त्रिकोणी वैशिष्ट्य प्रदर्शित करतात. तथापि, SiC मध्ये विविध प्रकारचे स्टॅकिंग फॉल्ट तयार केले जाऊ शकतात, जसे की शॉकली प्रकार आणि फ्रँक प्रकार, कारण विमानांमधील स्टॅकिंग एनर्जी डिसऑर्डरच्या थोड्या प्रमाणात देखील स्टॅकिंग क्रमामध्ये लक्षणीय अनियमितता होऊ शकते.

 

पडझड

डाउनफॉल दोष मुख्यत्वे वाढीच्या प्रक्रियेदरम्यान प्रतिक्रिया कक्षाच्या वरच्या आणि बाजूच्या भिंतींवर कणांच्या ड्रॉपपासून उद्भवतो, ज्याला प्रतिक्रिया कक्ष ग्रेफाइट उपभोग्य वस्तूंच्या नियतकालिक देखभाल प्रक्रियेस अनुकूल करून अनुकूल केले जाऊ शकते.

 

त्रिकोणी दोष

हे 3C-SiC पॉलिटाइप समावेशन आहे जे आकृती 4g मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, बेसल समतल दिशेने SiC एपिलेयरच्या पृष्ठभागापर्यंत विस्तारित आहे. एपिटॅक्सियल वाढीदरम्यान SiC एपिलेयरच्या पृष्ठभागावर घसरणाऱ्या कणांमुळे ते तयार केले जाऊ शकते. कण एपिलेयरमध्ये एम्बेड केलेले असतात आणि वाढीच्या प्रक्रियेत व्यत्यय आणतात, परिणामी 3C-SiC पॉलीटाइप समावेश होतो, जे त्रिकोणी प्रदेशाच्या शिरोबिंदूंवर स्थित कणांसह तीक्ष्ण-कोन त्रिकोणीय पृष्ठभागाची वैशिष्ट्ये दर्शवतात. बऱ्याच अभ्यासांनी पृष्ठभागावरील स्क्रॅच, मायक्रोपाइप्स आणि वाढीच्या प्रक्रियेच्या अयोग्य पॅरामीटर्सना पॉलिटाइप समावेशनचे श्रेय देखील दिले आहे.

 

गाजर दोष

गाजर दोष हा एक स्टॅकिंग फॉल्ट कॉम्प्लेक्स आहे ज्याची दोन टोके TSD आणि SF बेसल क्रिस्टल प्लेनमध्ये स्थित आहेत, फ्रँक-प्रकार डिस्लोकेशनद्वारे संपुष्टात आली आहेत आणि गाजर दोषाचा आकार प्रिझमॅटिक स्टॅकिंग फॉल्टशी संबंधित आहे. आकृती 4f मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, या वैशिष्ट्यांचे संयोजन गाजर दोषाचे पृष्ठभाग आकारविज्ञान तयार करते, जे 1 सेमी-2 पेक्षा कमी घनतेसह गाजर आकारासारखे दिसते. पॉलिशिंग स्क्रॅच, टीएसडी किंवा सब्सट्रेट दोषांवर गाजराचे दोष सहजपणे तयार होतात.

 

ओरखडे

आकृती 4h मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, उत्पादन प्रक्रियेदरम्यान तयार झालेल्या SiC वेफर्सच्या पृष्ठभागावरील स्क्रॅच यांत्रिक नुकसान आहेत. SiC सब्सट्रेटवरील स्क्रॅच एपिलेयरच्या वाढीमध्ये व्यत्यय आणू शकतात, एपिलेयरमध्ये उच्च-घनता विस्थापनांची एक पंक्ती तयार करू शकतात किंवा स्क्रॅच गाजर दोषांच्या निर्मितीसाठी आधार बनू शकतात. म्हणून, SiC वेफर्स योग्यरित्या पॉलिश करणे महत्वाचे आहे कारण जेव्हा हे स्क्रॅच डिव्हाइसच्या सक्रिय भागात दिसतात तेव्हा ते डिव्हाइसच्या कार्यक्षमतेवर लक्षणीय परिणाम करू शकतात.

 

इतर पृष्ठभाग मॉर्फोलॉजी दोष

स्टेप बंचिंग हा SiC एपिटॅक्सियल ग्रोथ प्रक्रियेदरम्यान तयार झालेला पृष्ठभाग दोष आहे, ज्यामुळे SiC एपिलेयरच्या पृष्ठभागावर अस्पष्ट त्रिकोण किंवा ट्रॅपेझॉइडल वैशिष्ट्ये निर्माण होतात. पृष्ठभागावरील खड्डे, अडथळे आणि डाग यासारखे इतर अनेक पृष्ठभाग दोष आहेत. हे दोष सामान्यतः अयोग्य वाढीच्या प्रक्रियेमुळे आणि पॉलिशिंग नुकसान अपूर्ण काढून टाकल्यामुळे उद्भवतात, ज्यामुळे डिव्हाइसच्या कार्यक्षमतेवर विपरित परिणाम होतो.