Kjerneteknologien for veksten avSiC epitaksialmaterialer er for det første defektkontrollteknologi, spesielt for defektkontrollteknologi som er utsatt for enhetsfeil eller pålitelighetsforringelse. Studiet av mekanismen til substratdefekter som strekker seg inn i det epitaksiale laget under den epitaksiale vekstprosessen, overførings- og transformasjonslovene for defekter i grensesnittet mellom substratet og epitaksiallaget, og kjernedannelsesmekanismen til defekter er grunnlaget for å klargjøre sammenhengen mellom substratdefekter og epitaksiale strukturelle defekter, som effektivt kan veilede substratscreening og epitaksial prosess optimalisering.
Defektene vedsilisiumkarbid epitaksiale lager hovedsakelig delt inn i to kategorier: krystalldefekter og overflatemorfologiske defekter. Krystalldefekter, inkludert punktdefekter, skruedislokasjoner, mikrotubulidefekter, kantdislokasjoner osv. stammer for det meste fra defekter på SiC-substrater og diffunderer inn i epitaksiallaget. Overflatemorfologiske defekter kan observeres direkte med det blotte øye ved hjelp av et mikroskop og har typiske morfologiske egenskaper. Overflatemorfologidefekter inkluderer hovedsakelig: riper, trekantedefekter, gulrotdefekter, fall og partikler, som vist i figur 4. Under epitaksialprosessen kan fremmede partikler, substratdefekter, overflateskader og epitaksiale prosessavvik alle påvirke den lokale trinnflyten vekstmodus, noe som resulterer i overflatemorfologiske defekter.
Tabell 1. Årsaker til dannelsen av vanlige matrisedefekter og overflatemorfologiske defekter i SiC epitaksiale lag
Punktfeil
Punktdefekter dannes av ledige plasser eller hull ved et enkelt gitterpunkt eller flere gitterpunkter, og de har ingen romlig utvidelse. Punktdefekter kan oppstå i hver produksjonsprosess, spesielt ved ioneimplantasjon. Imidlertid er de vanskelige å oppdage, og forholdet mellom transformasjon av punktdefekter og andre defekter er også ganske komplekst.
Mikrorør (MP)
Mikrorør er hule skruedislokasjoner som forplanter seg langs vekstaksen, med en Burgers-vektor <0001>. Diameteren på mikrorør varierer fra en brøkdel av en mikron til titalls mikron. Mikrorør viser store groplignende overflateegenskaper på overflaten av SiC-skiver. Vanligvis er tettheten til mikrorør omtrent 0,1 ~ 1 cm-2 og fortsetter å avta i kommersiell overvåking av waferproduksjonskvalitet.
Skruedislokasjoner (TSD) og kantdislokasjoner (TED)
Dislokasjoner i SiC er hovedkilden til enhetsdegradering og feil. Både skruedislokasjoner (TSD) og kantdislokasjoner (TED) løper langs vekstaksen, med Burgers-vektorer på henholdsvis <0001> og 1/3<11–20>.
Både skruedislokasjoner (TSD) og kantdislokasjoner (TED) kan strekke seg fra substratet til waferoverflaten og bringe små groplignende overflatetrekk (Figur 4b). Typisk er tettheten av kantdislokasjoner omtrent 10 ganger den for skruedislokasjoner. Forlengede skruedislokasjoner, det vil si at de strekker seg fra substratet til epilaget, kan også forvandle seg til andre defekter og forplante seg langs vekstaksen. I løpet avSiC epitaksialvekst, skruedislokasjoner omdannes til stablingsforkastninger (SF) eller gulrotdefekter, mens kantdislokasjoner i epilag viser seg å være konvertert fra basalplandislokasjoner (BPD) som er arvet fra underlaget under epitaksial vekst.
Grunnleggende plandislokasjon (BPD)
Plassert på SiC-basalplanet, med en Burgers-vektor på 1/3 <11–20>. BPD-er vises sjelden på overflaten av SiC-skiver. De er vanligvis konsentrert på underlaget med en tetthet på 1500 cm-2, mens deres tetthet i epilaget bare er ca. 10 cm-2. Deteksjon av BPD-er ved bruk av fotoluminescens (PL) viser lineære trekk, som vist i figur 4c. I løpet avSiC epitaksialvekst, kan utvidede BPD-er konverteres til stablingsfeil (SF) eller kantdislokasjoner (TED).
Stablingsfeil (SFs)
Defekter i stablingssekvensen til SiC-basalplanet. Stablingsfeil kan oppstå i det epitaksiale laget ved å arve SF-er i underlaget, eller være relatert til utvidelse og transformasjon av basalplandislokasjoner (BPD) og gjengeskruedislokasjoner (TSD). Vanligvis er tettheten til SF-er mindre enn 1 cm-2, og de viser en trekantet funksjon når de oppdages ved bruk av PL, som vist i figur 4e. Imidlertid kan forskjellige typer stablingsfeil dannes i SiC, som Shockley-type og Frank-type, fordi selv en liten mengde stablingsenergiforstyrrelser mellom plan kan føre til en betydelig uregelmessighet i stablingssekvensen.
Fall
Nedfallsdefekten stammer hovedsakelig fra partikkelfallet på øvre og sidevegger av reaksjonskammeret under vekstprosessen, som kan optimaliseres ved å optimere den periodiske vedlikeholdsprosessen av reaksjonskammerets grafittforbruksvarer.
Trekantet defekt
Det er en 3C-SiC polytype inkludering som strekker seg til overflaten av SiC epilaget langs basalplanretningen, som vist i figur 4g. Det kan genereres av de fallende partiklene på overflaten av SiC epilaget under epitaksial vekst. Partiklene er innebygd i epilaget og forstyrrer vekstprosessen, noe som resulterer i 3C-SiC-polytype-inneslutninger, som viser skarpvinklede trekantede overflateegenskaper med partiklene plassert ved toppunktene i det trekantede området. Mange studier har også tilskrevet opprinnelsen til polytype-inneslutninger til overflateriper, mikrorør og uriktige parametere for vekstprosessen.
Gulrotdefekt
En gulrotdefekt er et stablingsfeilkompleks med to ender plassert ved TSD- og SF-basalkrystallplanene, avsluttet av en Frank-type dislokasjon, og størrelsen på gulrotdefekten er relatert til den prismatiske stablingsfeilen. Kombinasjonen av disse funksjonene danner overflatemorfologien til gulrotdefekten, som ser ut som en gulrotform med en tetthet på mindre enn 1 cm-2, som vist i figur 4f. Gulrotdefekter dannes lett ved poleringsriper, TSD-er eller underlagsdefekter.
Riper
Riper er mekaniske skader på overflaten av SiC-skiver som dannes under produksjonsprosessen, som vist i figur 4h. Riper på SiC-substratet kan forstyrre veksten av epilaget, produsere en rad med dislokasjoner med høy tetthet i epilaget, eller riper kan bli grunnlaget for dannelsen av gulrotdefekter. Derfor er det avgjørende å polere SiC-skiver riktig fordi disse ripene kan ha en betydelig innvirkning på enhetens ytelse når de vises i det aktive området av enheten.
Andre overflatemorfologiske defekter
Step bunting er en overflatedefekt dannet under SiC epitaksial vekstprosessen, som produserer stumpe trekanter eller trapesformede trekk på overflaten av SiC epilaget. Det er mange andre overflatefeil, som overflategroper, ujevnheter og flekker. Disse defektene er vanligvis forårsaket av uoptimaliserte vekstprosesser og ufullstendig fjerning av poleringsskader, noe som påvirker enhetens ytelse negativt.
Innleggstid: Jun-05-2024