De kerntechnologie voor de groei vanSiC epitaxiaalmaterialen is in de eerste plaats de technologie voor defectcontrole, vooral voor technologie voor defectcontrole die gevoelig is voor apparaatstoringen of verslechtering van de betrouwbaarheid. De studie van het mechanisme van substraatdefecten die zich uitstrekken tot in de epitaxiale laag tijdens het epitaxiale groeiproces, de overdrachts- en transformatiewetten van defecten op het grensvlak tussen het substraat en de epitaxiale laag, en het kernvormingsmechanisme van defecten vormen de basis voor het verduidelijken van de correlatie tussen substraatdefecten en epitaxiale structurele defecten, die effectief substraatscreening en epitaxiale procesoptimalisatie kunnen begeleiden.
De gebreken vanepitaxiale lagen van siliciumcarbidezijn hoofdzakelijk onderverdeeld in twee categorieën: kristaldefecten en defecten in de oppervlaktemorfologie. Kristaldefecten, waaronder puntdefecten, schroefdislocaties, microtubulusdefecten, randdislocaties, enz., zijn meestal afkomstig van defecten op SiC-substraten en diffunderen in de epitaxiale laag. Oppervlaktemorfologische defecten kunnen direct met het blote oog worden waargenomen met behulp van een microscoop en hebben typische morfologische kenmerken. Defecten in de oppervlaktemorfologie omvatten voornamelijk: kras-, driehoeksdefect, worteldefect, ondergang en deeltjes, zoals weergegeven in figuur 4. Tijdens het epitaxiale proces kunnen vreemde deeltjes, substraatdefecten, oppervlakteschade en epitaxiale procesafwijkingen allemaal de lokale stapstroom beïnvloeden. groeimodus, resulterend in defecten in de oppervlaktemorfologie.
Tabel 1.Oorzaken voor de vorming van algemene matrixdefecten en oppervlaktemorfologiedefecten in epitaxiale SiC-lagen
Puntdefecten
Puntdefecten worden gevormd door vacatures of gaten op een enkel roosterpunt of meerdere roosterpunten, en ze hebben geen ruimtelijke uitbreiding. Puntdefecten kunnen in elk productieproces voorkomen, vooral bij ionenimplantatie. Ze zijn echter moeilijk te detecteren en de relatie tussen de transformatie van puntdefecten en andere defecten is ook behoorlijk complex.
Microbuizen (MP)
Micropijpen zijn holle schroefdislocaties die zich langs de groeias voortplanten, met een Burgers-vector <0001>. De diameter van microbuisjes varieert van een fractie van een micron tot tientallen micron. Microbuisjes vertonen grote putachtige oppervlaktekenmerken op het oppervlak van SiC-wafels. Normaal gesproken bedraagt de dichtheid van microbuisjes ongeveer 0,1~1 cm-2 en deze blijft afnemen bij het monitoren van de kwaliteit van de commerciële waferproductie.
Schroefdislocaties (TSD) en randdislocaties (TED)
Dislocaties in SiC zijn de belangrijkste bron van degradatie en uitval van apparaten. Zowel schroefdislocaties (TSD) als edge-dislocaties (TED) lopen langs de groei-as, met Burgers-vectoren van <0001> en 1/3<11–20> respectievelijk.
Zowel schroefdislocaties (TSD) als randdislocaties (TED) kunnen zich uitstrekken van het substraat naar het waferoppervlak en kleine putachtige oppervlaktekenmerken veroorzaken (Figuur 4b). Typisch is de dichtheid van randdislocaties ongeveer 10 maal die van schroefdislocaties. Uitgebreide schroefdislocaties, dat wil zeggen die zich uitstrekken van het substraat naar de epilaag, kunnen ook in andere defecten veranderen en zich langs de groeias voortplanten. TijdensSiC epitaxiaalgroei worden schroefdislocaties omgezet in stapelfouten (SF) of worteldefecten, terwijl randdislocaties in epilagen blijken te worden omgezet van basale vlakdislocaties (BPD's) die zijn geërfd van het substraat tijdens epitaxiale groei.
Basisvlakdislocatie (BPD)
Gelegen op het SiC-basaalvlak, met een Burgers-vector van 1/3 <11–20>. BPD's verschijnen zelden op het oppervlak van SiC-wafels. Ze zijn meestal geconcentreerd op het substraat met een dichtheid van 1500 cm-2, terwijl hun dichtheid in de epilaag slechts ongeveer 10 cm-2 bedraagt. Detectie van BPD's met behulp van fotoluminescentie (PL) vertoont lineaire kenmerken, zoals weergegeven in figuur 4c. TijdensSiC epitaxiaalgroei kunnen uitgebreide BPD's worden omgezet in stapelfouten (SF) of randdislocaties (TED).
Stapelfouten (SF's)
Defecten in de stapelvolgorde van het SiC-basale vlak. Stapelfouten kunnen in de epitaxiale laag optreden door SF's in het substraat te erven, of gerelateerd zijn aan de uitbreiding en transformatie van dislocaties van het basale vlak (BPD's) en dislocaties van schroefdraadschroeven (TSD's). Over het algemeen is de dichtheid van SF's minder dan 1 cm-2 en vertonen ze een driehoekig kenmerk wanneer ze worden gedetecteerd met behulp van PL, zoals weergegeven in figuur 4e. Er kunnen echter verschillende soorten stapelfouten in SiC worden gevormd, zoals het Shockley-type en het Frank-type, omdat zelfs een kleine hoeveelheid stapelenergiestoornis tussen vlakken kan leiden tot een aanzienlijke onregelmatigheid in de stapelvolgorde.
Ondergang
Het ondergangsdefect is voornamelijk afkomstig van de deeltjesdruppel op de boven- en zijwanden van de reactiekamer tijdens het groeiproces, wat kan worden geoptimaliseerd door het periodieke onderhoudsproces van de grafietverbruiksartikelen van de reactiekamer te optimaliseren.
Driehoekig defect
Het is een 3C-SiC-polytype-insluiting die zich uitstrekt tot het oppervlak van de SiC-epilaag langs de richting van het basale vlak, zoals weergegeven in figuur 4g. Het kan worden gegenereerd door de vallende deeltjes op het oppervlak van de SiC-epilaag tijdens epitaxiale groei. De deeltjes zijn ingebed in de epilaag en interfereren met het groeiproces, wat resulteert in 3C-SiC-polytype insluitsels, die driehoekige oppervlaktekenmerken met scherpe hoeken vertonen, waarbij de deeltjes zich op de hoekpunten van het driehoekige gebied bevinden. Veel onderzoeken hebben de oorsprong van polytype-insluitsels ook toegeschreven aan krassen op het oppervlak, micropijpjes en onjuiste parameters van het groeiproces.
Worteldefect
Een worteldefect is een stapelfoutcomplex met twee uiteinden gelegen op de basale kristalvlakken van de TSD en SF, beëindigd door een dislocatie van het Frank-type, en de grootte van het worteldefect houdt verband met de prismatische stapelfout. De combinatie van deze kenmerken vormt de oppervlaktemorfologie van het worteldefect, dat lijkt op een wortelvorm met een dichtheid van minder dan 1 cm-2, zoals weergegeven in figuur 4f. Worteldefecten ontstaan gemakkelijk bij polijstkrassen, TSD's of substraatdefecten.
Krassen
Krassen zijn mechanische beschadigingen op het oppervlak van SiC-wafels die tijdens het productieproces zijn gevormd, zoals weergegeven in figuur 4h. Krassen op het SiC-substraat kunnen de groei van de epilaag verstoren, een rij dislocaties met hoge dichtheid binnen de epilaag veroorzaken, of krassen kunnen de basis worden voor de vorming van worteldefecten. Daarom is het van cruciaal belang om SiC-wafels goed te polijsten, omdat deze krassen een aanzienlijke invloed kunnen hebben op de prestaties van het apparaat wanneer ze verschijnen in het actieve gebied van het apparaat. het apparaat.
Andere defecten in de oppervlaktemorfologie
Stapsgewijze ophoping is een oppervlaktedefect dat wordt gevormd tijdens het epitaxiale groeiproces van SiC, waardoor stompe driehoeken of trapeziumvormige kenmerken op het oppervlak van de SiC-epilaag ontstaan. Er zijn nog veel meer oppervlaktedefecten, zoals putjes, oneffenheden en vlekken. Deze defecten worden meestal veroorzaakt door niet-geoptimaliseerde groeiprocessen en onvolledige verwijdering van polijstschade, wat de prestaties van het apparaat nadelig beïnvloedt.
Posttijd: 05-jun-2024