Teknologi teras untuk pertumbuhanSiC epitaxialbahan pertama adalah teknologi kawalan kecacatan, terutamanya untuk teknologi kawalan kecacatan yang terdedah kepada kegagalan peranti atau kemerosotan kebolehpercayaan. Kajian tentang mekanisme kecacatan substrat yang meluas ke lapisan epitaxial semasa proses pertumbuhan epitaxial, undang-undang pemindahan dan transformasi kecacatan pada antara muka antara substrat dan lapisan epitaxial, dan mekanisme nukleasi kecacatan adalah asas untuk menjelaskan korelasi antara kecacatan substrat dan kecacatan struktur epitaxial, yang boleh membimbing penapisan substrat dan pengoptimuman proses epitaxial dengan berkesan.
Kecacatan daripadalapisan epitaxial silikon karbidaterutamanya dibahagikan kepada dua kategori: kecacatan kristal dan kecacatan morfologi permukaan. Kecacatan kristal, termasuk kecacatan mata, kehelan skru, kecacatan mikrotubulus, kehelan tepi, dsb., kebanyakannya berpunca daripada kecacatan pada substrat SiC dan meresap ke dalam lapisan epitaxial. Kecacatan morfologi permukaan boleh diperhatikan secara langsung dengan mata kasar menggunakan mikroskop dan mempunyai ciri morfologi yang tipikal. Kecacatan morfologi permukaan terutamanya termasuk: Calar, Kecacatan segi tiga, Kecacatan lobak merah, Kejatuhan dan Zarah, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 4. Semasa proses epitaxial, zarah asing, kecacatan substrat, kerosakan permukaan, dan sisihan proses epitaxial semuanya boleh menjejaskan aliran langkah tempatan. mod pertumbuhan, mengakibatkan kecacatan morfologi permukaan.
Jadual 1.Punca untuk pembentukan kecacatan matriks biasa dan kecacatan morfologi permukaan dalam lapisan epitaxial SiC
Kecacatan mata
Kecacatan titik terbentuk oleh kekosongan atau jurang pada satu titik kekisi atau beberapa titik kekisi, dan ia tidak mempunyai sambungan spatial. Kecacatan titik mungkin berlaku dalam setiap proses pengeluaran, terutamanya dalam implantasi ion. Walau bagaimanapun, ia sukar untuk dikesan, dan hubungan antara transformasi kecacatan titik dan kecacatan lain juga agak kompleks.
Mikropaip (MP)
Paip mikro ialah kehelan skru berongga yang merambat sepanjang paksi pertumbuhan, dengan vektor Burger <0001>. Diameter tiub mikro adalah daripada pecahan mikron hingga berpuluh-puluh mikron. Microtubes menunjukkan ciri permukaan seperti lubang besar pada permukaan wafer SiC. Biasanya, ketumpatan tiub mikro adalah kira-kira 0.1~1cm-2 dan terus menurun dalam pemantauan kualiti pengeluaran wafer komersial.
Kehelan skru (TSD) dan kehelan tepi (TED)
Dislokasi dalam SiC adalah punca utama kemerosotan dan kegagalan peranti. Kedua-dua kehelan skru (TSD) dan kehelan tepi (TED) berjalan di sepanjang paksi pertumbuhan, dengan vektor Burger <0001> dan 1/3<11–20>, masing-masing.
Kedua-dua kehelan skru (TSD) dan kehelan tepi (TED) boleh memanjang dari substrat ke permukaan wafer dan membawa ciri permukaan kecil seperti lubang (Rajah 4b). Biasanya, ketumpatan kehelan tepi adalah kira-kira 10 kali ganda daripada kehelan skru. Kehelan skru yang dilanjutkan, iaitu, memanjang dari substrat ke epilayer, juga boleh berubah menjadi kecacatan lain dan merambat sepanjang paksi pertumbuhan. semasaSiC epitaxialpertumbuhan, kehelan skru ditukar kepada kerosakan susun (SF) atau kecacatan lobak merah, manakala kehelan tepi dalam epilayers ditunjukkan ditukar daripada kehelan satah basal (BPD) yang diwarisi daripada substrat semasa pertumbuhan epitaxial.
Kehelan satah asas (BPD)
Terletak pada satah basal SiC, dengan vektor Burger 1/3 <11–20>. BPD jarang muncul pada permukaan wafer SiC. Mereka biasanya tertumpu pada substrat dengan ketumpatan 1500 cm-2, manakala ketumpatan mereka dalam epilayer hanya kira-kira 10 cm-2. Pengesanan BPD menggunakan photoluminescence (PL) menunjukkan ciri linear, seperti ditunjukkan dalam Rajah 4c. semasaSiC epitaxialpertumbuhan, BPD yang dilanjutkan boleh ditukar kepada kerosakan susun (SF) atau kehelan tepi (TED).
Kerosakan susun (SF)
Kecacatan dalam urutan susunan satah basal SiC. Kerosakan susun boleh muncul dalam lapisan epitaxial dengan mewarisi SF dalam substrat, atau berkaitan dengan lanjutan dan transformasi kehelan satah basal (BPD) dan kehelan skru benang (TSD). Secara amnya, ketumpatan SF adalah kurang daripada 1 cm-2, dan ia mempamerkan ciri segi tiga apabila dikesan menggunakan PL, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 4e. Walau bagaimanapun, pelbagai jenis ralat susun boleh dibentuk dalam SiC, seperti jenis Shockley dan jenis Frank, kerana walaupun sedikit gangguan tenaga susun antara pesawat boleh membawa kepada ketidakteraturan yang besar dalam jujukan susun.
Kejatuhan
Kecacatan kejatuhan terutamanya berpunca daripada kejatuhan zarah pada dinding atas dan sisi kebuk tindak balas semasa proses pertumbuhan, yang boleh dioptimumkan dengan mengoptimumkan proses penyelenggaraan berkala bahan habis grafit ruang tindak balas.
Kecacatan segi tiga
Ia adalah kemasukan polytype 3C-SiC yang memanjang ke permukaan epilayer SiC sepanjang arah satah basal, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 4g. Ia mungkin dijana oleh zarah yang jatuh pada permukaan epilayer SiC semasa pertumbuhan epitaxial. Zarah-zarah itu dibenamkan dalam epilayer dan mengganggu proses pertumbuhan, menghasilkan kemasukan polytype 3C-SiC, yang menunjukkan ciri permukaan segi tiga bersudut tajam dengan zarah yang terletak di bucu kawasan segi tiga. Banyak kajian juga telah mengaitkan asal kemasukan polytype kepada calar permukaan, paip mikro, dan parameter proses pertumbuhan yang tidak betul.
Kecacatan lobak merah
Kecacatan lobak merah ialah kompleks kerosakan tindanan dengan dua hujung yang terletak pada satah kristal basal TSD dan SF, ditamatkan oleh kehelan jenis Frank, dan saiz kecacatan lobak merah berkaitan dengan kerosakan tindanan prismatik. Gabungan ciri-ciri ini membentuk morfologi permukaan kecacatan lobak merah, yang kelihatan seperti bentuk lobak merah dengan ketumpatan kurang daripada 1 cm-2, seperti ditunjukkan dalam Rajah 4f. Kecacatan lobak merah mudah terbentuk semasa menggilap calar, TSD, atau kecacatan substrat.
calar
Calar ialah kerosakan mekanikal pada permukaan wafer SiC yang terbentuk semasa proses pengeluaran, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 4h. Calar pada substrat SiC mungkin mengganggu pertumbuhan epilayer, menghasilkan deretan kehelan berketumpatan tinggi dalam epilayer, atau calar mungkin menjadi asas kepada pembentukan kecacatan lobak merah. Oleh itu, adalah penting untuk menggilap wafer SiC dengan betul kerana calar ini boleh memberi kesan ketara pada prestasi peranti apabila ia muncul di kawasan aktif peranti itu.
Kecacatan morfologi permukaan lain
Tandan langkah ialah kecacatan permukaan yang terbentuk semasa proses pertumbuhan epitaxial SiC, yang menghasilkan segi tiga tumpul atau ciri trapezoid pada permukaan epilayer SiC. Terdapat banyak kecacatan permukaan lain, seperti lubang permukaan, benjolan dan noda. Kecacatan ini biasanya disebabkan oleh proses pertumbuhan yang tidak dioptimumkan dan penyingkiran kerosakan penggilap yang tidak lengkap, yang menjejaskan prestasi peranti.
Masa siaran: Jun-05-2024