सिलिकन कार्बाइड epitaxial तह को दोष के हो?

को विकास को लागी मुख्य प्रविधिSiC epitaxialसामग्रीहरू पहिले दोष नियन्त्रण टेक्नोलोजी हो, विशेष गरी दोष नियन्त्रण प्रविधिको लागि जुन उपकरण असफलता वा विश्वसनीयता ह्रास हुने खतरा हुन्छ। एपिटेक्सियल वृद्धि प्रक्रियाको क्रममा एपिटेक्सियल तहमा विस्तार हुने सब्सट्रेट दोषहरूको संयन्त्रको अध्ययन, सब्सट्रेट र एपिटेक्सियल तह बीचको इन्टरफेसमा दोषहरूको स्थानान्तरण र रूपान्तरण नियमहरू, र दोषहरूको न्यूक्लिएशन मेकानिज्म बीचको सम्बन्ध स्पष्ट गर्नको लागि आधार हो। सब्सट्रेट दोषहरू र एपिटेक्सियल संरचनात्मक दोषहरू, जसले प्रभावकारी रूपमा मार्गदर्शन गर्न सक्छ सब्सट्रेट स्क्रीनिंग र epitaxial प्रक्रिया अनुकूलन।

को दोषहरूसिलिकन कार्बाइड एपिटेक्सियल तहहरूमुख्यतया दुई वर्गमा विभाजन गरिएको छ: क्रिस्टल दोष र सतह आकारविज्ञान दोष। क्रिस्टल दोषहरू, बिन्दु दोषहरू, स्क्रू डिसलोकेशनहरू, माइक्रोट्यूब्युल दोषहरू, किनारा विच्छेदहरू, इत्यादि सहित, प्रायः SiC सब्सट्रेटहरूमा भएका दोषहरूबाट उत्पन्न हुन्छन् र एपिटेक्सियल तहमा फैलिन्छन्। सतह आकारविज्ञान दोषहरू माइक्रोस्कोप प्रयोग गरेर नाङ्गो आँखाले प्रत्यक्ष रूपमा अवलोकन गर्न सकिन्छ र विशिष्ट रूपात्मक विशेषताहरू छन्। सतह आकारविज्ञान दोषहरूमा मुख्यतया समावेश छ: स्क्र्याच, त्रिकोणीय दोष, गाजर दोष, पतन, र कण, चित्र 4 मा देखाइए अनुसार। एपिटेक्सियल प्रक्रियाको क्रममा, विदेशी कणहरू, सब्सट्रेट दोषहरू, सतह क्षति, र एपिटेक्सियल प्रक्रिया विचलनले स्थानीय चरण प्रवाहलाई असर गर्न सक्छ। वृद्धि मोड, सतह आकारविज्ञान दोष को परिणामस्वरूप।

तालिका 1. SiC epitaxial तहहरूमा सामान्य म्याट्रिक्स दोष र सतह आकारविज्ञान दोषहरूको गठनको लागि कारणहरू

 

बिन्दु दोषहरू

बिन्दु दोषहरू रिक्त स्थानहरू वा एकल जाली बिन्दु वा धेरै जाली बिन्दुहरूमा खाली ठाउँहरूद्वारा बनाइन्छ, र तिनीहरूको कुनै स्थानिय विस्तार हुँदैन। बिन्दु दोषहरू प्रत्येक उत्पादन प्रक्रियामा हुन सक्छ, विशेष गरी आयन प्रत्यारोपणमा। यद्यपि, तिनीहरू पत्ता लगाउन गाह्रो छन्, र बिन्दु दोषहरू र अन्य दोषहरूको रूपान्तरण बीचको सम्बन्ध पनि धेरै जटिल छ।

 

माइक्रोपाइप्स (MP)

माइक्रोपाइपहरू खोक्रो स्क्रू विस्थापनहरू हुन् जसले बर्गर भेक्टर <0001> संग वृद्धि अक्षको साथ प्रचार गर्दछ। माइक्रोट्युबको व्यास एक माइक्रोनको अंशदेखि दसौं माइक्रोनसम्म हुन्छ। माइक्रोट्यूबहरूले SiC वेफर्सको सतहमा ठूलो पिट-जस्तो सतह सुविधाहरू देखाउँछन्। सामान्यतया, माइक्रोट्यूबको घनत्व लगभग ०.१ ~ १ सेमी-२ हुन्छ र व्यावसायिक वेफर उत्पादन गुणस्तर अनुगमनमा घट्दै जान्छ।

 

स्क्रू डिसलोकेशन (TSD) र एज डिसलोकेशन (TED)

SiC मा Dislocations उपकरण गिरावट र विफलता को मुख्य स्रोत हो। दुबै स्क्रू डिसलोकेशन (TSD) र एज डिसलोकेशन (TED) क्रमशः <0001> र 1/3<11–20> को बर्गर भेक्टरहरूसँग, वृद्धि अक्षको साथ चल्छन्।

दुबै स्क्रू डिसलोकेशन (TSD) र किनारा विस्थापन (TED) सब्सट्रेटबाट वेफर सतहमा विस्तार गर्न र सानो पिट-जस्तो सतह सुविधाहरू (चित्र 4b) ल्याउन सक्छ। सामान्यतया, किनारा विस्थापनको घनत्व स्क्रू विस्थापनको लगभग 10 गुणा हुन्छ। विस्तारित स्क्रू डिसलोकेशनहरू, अर्थात्, सब्सट्रेटबाट एपिलेयरसम्म विस्तार, अन्य दोषहरूमा रूपान्तरण र वृद्धि अक्षको साथ प्रचार गर्न सक्छ। समयमाSiC epitaxialवृद्धि, स्क्रू डिसलोकेशनहरू स्ट्याकिंग गल्तीहरू (SF) वा गाजर दोषहरूमा रूपान्तरण गरिन्छ, जबकि एपिलेयरहरूमा किनारा विस्थापनहरू एपिटेक्सियल वृद्धिको समयमा सब्सट्रेटबाट वंशानुगत रूपमा बेसल प्लेन डिस्लोकेशन (BPDs) बाट रूपान्तरण गरिएको देखाइएको छ।

 

आधारभूत विमान विस्थापन (BPD)

1/3 <11–20> को बर्गर भेक्टरको साथ, SiC बेसल प्लेनमा अवस्थित छ। बीपीडीहरू विरलै SiC वेफर्सको सतहमा देखा पर्छन्। तिनीहरू सामान्यतया 1500 सेमी-2 को घनत्वको साथ सब्सट्रेटमा केन्द्रित हुन्छन्, जबकि एपिलेयरमा तिनीहरूको घनत्व लगभग 10 सेमी-2 मात्र हुन्छ। फोटोलुमिनेसेन्स (PL) को प्रयोग गरेर BPDs को पहिचानले चित्र 4c मा देखाइए अनुसार रैखिक सुविधाहरू देखाउँछ। समयमाSiC epitaxialवृद्धि, विस्तारित बीपीडीहरू स्ट्याकिङ गल्ती (SF) वा किनारा विस्थापन (TED) मा रूपान्तरण हुन सक्छ।

 

स्ट्याकिंग त्रुटिहरू (SFs)

SiC बेसल प्लेनको स्ट्याकिङ अनुक्रममा त्रुटिहरू। स्ट्याकिंग गल्तीहरू सब्सट्रेटमा एसएफहरू इनहेरिट गरेर एपिटेक्सियल तहमा देखा पर्न सक्छ, वा बेसल प्लेन डिस्लोकेशन (BPDs) र थ्रेडिङ स्क्रू डिस्लोकेशन (TSDs) को विस्तार र रूपान्तरणसँग सम्बन्धित हुन सक्छ। सामान्यतया, SFs को घनत्व 1 cm-2 भन्दा कम हुन्छ, र चित्र 4e मा देखाइए अनुसार, PL प्रयोग गरेर पत्ता लगाउँदा तिनीहरूले त्रिकोणात्मक विशेषता प्रदर्शन गर्दछ। यद्यपि, SiC मा विभिन्न प्रकारका स्ट्याकिंग गल्तीहरू गठन गर्न सकिन्छ, जस्तै Shockley प्रकार र फ्रैंक प्रकार, किनभने प्लेनहरू बीचको स्ट्याकिंग ऊर्जा विकारको सानो मात्राले पनि स्ट्याकिंग अनुक्रममा उल्लेखनीय अनियमितता निम्त्याउन सक्छ।

 

पतन

डाउनफल दोष मुख्यतया वृद्धि प्रक्रियाको क्रममा प्रतिक्रिया कक्षको माथिल्लो र छेउमा पर्खालहरूमा कण ड्रपबाट उत्पन्न हुन्छ, जुन प्रतिक्रिया कक्ष ग्रेफाइट उपभोग्य वस्तुहरूको आवधिक मर्मत प्रक्रियालाई अनुकूलन गरेर अनुकूलित गर्न सकिन्छ।

 

त्रिकोणीय दोष

यो 3C-SiC पोलिटाइप समावेश छ जुन आधारभूत विमान दिशाको साथ SiC एपिलेयरको सतहमा विस्तार हुन्छ, चित्र 4g मा देखाइएको छ। यो epitaxial वृद्धि को समयमा SiC एपिलेयर को सतह मा गिरने कणहरु द्वारा उत्पन्न हुन सक्छ। कणहरू एपिलेयरमा इम्बेड गरिएका छन् र वृद्धि प्रक्रियामा हस्तक्षेप गर्दछ, परिणामस्वरूप 3C-SiC पोलिटाइप समावेशहरू, जसले त्रिकोणीय क्षेत्रको ठाडोमा अवस्थित कणहरूसँग तीव्र-कोण त्रिकोणीय सतह विशेषताहरू देखाउँदछ। धेरै अध्ययनहरूले पनि सतह खरोंच, माइक्रोपाइपहरू, र विकास प्रक्रियाको अनुचित मापदण्डहरूमा पोलिटाइप समावेशहरूको उत्पत्तिको श्रेय दिएको छ।

 

गाजर दोष

गाजर दोष भनेको TSD र SF बेसल क्रिस्टल प्लेनहरूमा अवस्थित दुई छेउ भएको स्ट्याकिंग गल्ती कम्प्लेक्स हो, फ्र्याङ्क-प्रकार विस्थापनद्वारा समाप्त हुन्छ, र गाजर दोषको आकार प्रिज्म्याटिक स्ट्याकिंग गल्तीसँग सम्बन्धित छ। यी विशेषताहरूको संयोजनले गाजरको दोषको सतह आकारविज्ञान बनाउँछ, जुन 1 सेमी-2 भन्दा कम घनत्व भएको गाजरको आकार जस्तो देखिन्छ, चित्र 4f मा देखाइएको छ। गाजर दोषहरू सजिलैसँग स्क्र्याचहरू, TSDs, वा सब्सट्रेट दोषहरू पालिस गर्दा गठन हुन्छन्।

 

खरोंचहरू

स्क्र्याचहरू उत्पादन प्रक्रियाको क्रममा बनाइएका SiC वेफर्सको सतहमा मेकानिकल क्षतिहरू हुन्, चित्र 4h मा देखाइएको छ। SiC सब्सट्रेटमा स्क्र्याचहरूले एपिलेयरको वृद्धिमा हस्तक्षेप गर्न सक्छ, एपिलेयर भित्र उच्च-घनत्व विस्थापनको पङ्क्ति उत्पादन गर्न सक्छ, वा स्क्र्याचहरू गाजर दोषहरूको गठनको आधार बन्न सक्छ। तसर्थ, SiC wafers लाई राम्ररी पालिश गर्नु महत्त्वपूर्ण छ किनभने यी स्क्र्याचहरूले उपकरणको सक्रिय क्षेत्रमा देखा पर्दा यन्त्रको प्रदर्शनमा महत्त्वपूर्ण प्रभाव पार्न सक्छ।

 

अन्य सतह आकारविज्ञान दोष

स्टेप बन्चिङ भनेको SiC एपिटेक्सियल बृद्धि प्रक्रियाको क्रममा बन्ने सतहको दोष हो, जसले SiC एपिलेयरको सतहमा अस्पष्ट त्रिभुज वा ट्रापेजोइडल विशेषताहरू उत्पादन गर्छ। त्यहाँ धेरै अन्य सतह दोषहरू छन्, जस्तै सतह खाडलहरू, बम्पहरू र दागहरू। यी दोषहरू सामान्यतया अप्टिमाइज्ड वृद्धि प्रक्रियाहरू र पालिशिङ क्षतिको अपूर्ण हटाउने कारणले गर्दा हुन्छ, जसले यन्त्रको कार्यसम्पादनमा प्रतिकूल असर गर्छ।