Podstawowa technologia wzrostuEpitaksjalny SiCmateriałów to po pierwsze technologia kontroli defektów, szczególnie w przypadku technologii kontroli defektów, która jest podatna na awarie urządzeń lub spadek niezawodności. Badanie mechanizmu defektów podłoża wnikających do warstwy epitaksjalnej w procesie wzrostu epitaksjalnego, praw przenoszenia i transformacji defektów na styku podłoża z warstwą epitaksjalną oraz mechanizmu zarodkowania defektów są podstawą do wyjaśnienia korelacji pomiędzy defekty podłoża i epitaksjalne defekty strukturalne, które mogą skutecznie pomóc w przesiewaniu podłoża i optymalizacji procesu epitaksjalnego.
Wadywarstwy epitaksjalne węglika krzemudzieli się głównie na dwie kategorie: defekty kryształów i defekty morfologii powierzchni. Defekty kryształów, w tym defekty punktowe, dyslokacje śrubowe, defekty mikrotubul, dyslokacje krawędziowe itp., pochodzą głównie z defektów na podłożach SiC i dyfundują do warstwy epitaksjalnej. Defekty morfologii powierzchni można bezpośrednio zaobserwować gołym okiem pod mikroskopem i mają typowe cechy morfologiczne. Wady morfologii powierzchni obejmują głównie: zarysowanie, defekt trójkątny, defekt marchewki, opadanie i cząstki, jak pokazano na rysunku 4. Podczas procesu epitaksjalnego ciała obce, defekty podłoża, uszkodzenia powierzchni i odchylenia procesu epitaksjalnego mogą mieć wpływ na lokalny przepływ schodkowy tryb wzrostu, powodujący defekty morfologii powierzchni.
Tabela 1. Przyczyny powstawania typowych defektów osnowy i defektów morfologii powierzchni w warstwach epitaksjalnych SiC
Defekty punktowe
Wady punktowe powstają w wyniku wakatów lub luk w pojedynczym punkcie sieci lub w kilku punktach sieci i nie mają one zasięgu przestrzennego. Wady punktowe mogą wystąpić w każdym procesie produkcyjnym, szczególnie przy implantacji jonów. Są one jednak trudne do wykrycia, a związek pomiędzy transformacją defektów punktowych a innymi defektami jest również dość złożony.
Mikrorurki (MP)
Mikrorurki to wydrążone dyslokacje śrubowe, które rozprzestrzeniają się wzdłuż osi wzrostu, z wektorem Burgersa <0001>. Średnica mikroprobówek waha się od ułamka mikrona do dziesiątek mikronów. Mikroprobówki wykazują duże wgłębienia na powierzchni płytek SiC. Zazwyczaj gęstość mikroprobówek wynosi około 0,1 ~ 1 cm-2 i stale maleje w ramach komercyjnego monitorowania jakości produkcji płytek.
Dyslokacje śrubowe (TSD) i dyslokacje krawędziowe (TED)
Dyslokacje w SiC są głównym źródłem degradacji i awarii urządzeń. Zarówno dyslokacje śrubowe (TSD), jak i dyslokacje krawędziowe (TED) przebiegają wzdłuż osi wzrostu, z wektorami Burgersa odpowiednio <0001> i 1/3<11–20>.
Zarówno dyslokacje śrubowe (TSD), jak i dyslokacje krawędziowe (TED) mogą rozciągać się od podłoża do powierzchni płytki i powodować drobne cechy powierzchni przypominające wgłębienia (rysunek 4b). Zazwyczaj gęstość dyslokacji krawędziowych jest około 10 razy większa niż dyslokacji śrubowych. Rozległe dyslokacje ślimakowe, czyli rozciągające się od podłoża do epiwarstwy, mogą również przekształcić się w inne defekty i propagować wzdłuż osi wzrostu. PodczasEpitaksjalny SiCwzrostu, dyslokacje śrubowe przekształcają się w wady układania (SF) lub defekty marchwi, podczas gdy wykazano, że dyslokacje krawędziowe w epiwarstwach przekształcają się w dyslokacje w płaszczyźnie podstawy (BPD) dziedziczone z podłoża podczas wzrostu epitaksjalnego.
Podstawowe zwichnięcie płaszczyzny (BPD)
Znajduje się na płaszczyźnie podstawowej SiC, z wektorem Burgersa 1/3 <11–20>. BPD rzadko pojawiają się na powierzchni płytek SiC. Zwykle koncentrują się one na podłożu o gęstości 1500 cm-2, natomiast ich gęstość w epiwarstwie wynosi zaledwie około 10 cm-2. Wykrywanie BPD za pomocą fotoluminescencji (PL) wykazuje cechy liniowe, jak pokazano na rysunku 4c. PodczasEpitaksjalny SiCwzrostu, rozszerzone BPD mogą zostać przekształcone w błędy układania (SF) lub dyslokacje krawędzi (TED).
Błędy układania (SF)
Wady w kolejności układania płaszczyzny podstawowej SiC. Błędy układania mogą pojawiać się w warstwie epitaksjalnej w wyniku dziedziczenia SF w podłożu lub być związane z rozciąganiem i transformacją dyslokacji płaszczyzny podstawowej (BPD) i dyslokacji śruby gwintowanej (TSD). Ogólnie rzecz biorąc, gęstość SF jest mniejsza niż 1 cm-2 i wykazują one trójkątną cechę po wykryciu za pomocą PL, jak pokazano na rysunku 4e. Jednakże w SiC mogą powstawać różnego rodzaju błędy ułożenia, takie jak typu Shockleya i typu Franka, ponieważ nawet niewielka ilość zaburzeń energii ułożenia pomiędzy płaszczyznami może prowadzić do znacznych nieregularności w kolejności ułożenia.
Upadek
Wada opadania wynika głównie z opadania cząstek na górne i boczne ściany komory reakcyjnej podczas procesu wzrostu, co można zoptymalizować poprzez optymalizację procesu okresowej konserwacji grafitowych materiałów eksploatacyjnych w komorze reakcyjnej.
Wada trójkątna
Jest to inkluzja politypu 3C-SiC, która rozciąga się na powierzchnię epiwarstwy SiC wzdłuż kierunku płaszczyzny podstawowej, jak pokazano na rysunku 4g. Może być generowany przez opadające cząstki na powierzchnię epiwarstwy SiC podczas wzrostu epitaksjalnego. Cząstki są osadzone w epiwarstwie i zakłócają proces wzrostu, w wyniku czego powstają wtrącenia politypu 3C-SiC, które wykazują cechy powierzchni o ostrych kątach, z cząstkami zlokalizowanymi w wierzchołkach obszaru trójkątnego. W wielu badaniach pochodzenie inkluzji politypowych przypisuje się również zadrapaniom powierzchni, mikrorurom i niewłaściwym parametrom procesu wzrostu.
Wada marchewki
Wada marchwi to kompleks uskoków marchwi z dwoma końcami zlokalizowanymi w podstawowych płaszczyznach kryształu TSD i SF, zakończony dyslokacją typu Franka, a wielkość defektu marchewki jest powiązana z pryzmatycznym błędem ułożenia. Połączenie tych cech tworzy morfologię powierzchni wady marchwi, która wygląda jak kształt marchwi o gęstości mniejszej niż 1 cm-2, jak pokazano na rysunku 4f. Wady marchewki łatwo powstają podczas polerowania zadrapań, TSD lub wad podłoża.
Zadrapania
Zarysowania to uszkodzenia mechaniczne powierzchni płytek SiC powstałe w procesie produkcyjnym, jak pokazano na rysunku 4h. Zadrapania na podłożu SiC mogą zakłócać wzrost epiwarstwy, powodować szereg przemieszczeń o dużej gęstości w obrębie epiwarstwy lub zarysowania mogą stać się podstawą do powstania defektów marchwi. Dlatego tak ważne jest prawidłowe wypolerowanie płytek SiC, ponieważ te zadrapania mogą mieć znaczący wpływ na działanie urządzenia, gdy pojawią się w aktywnym obszarze urządzenia.
Inne wady morfologii powierzchni
Schodkowe pękanie to defekt powierzchni powstający podczas procesu epitaksjalnego wzrostu SiC, w wyniku którego na powierzchni epiwarstwy SiC powstają rozwarte trójkąty lub elementy trapezowe. Istnieje wiele innych wad powierzchni, takich jak wżery, nierówności i plamy. Wady te są zwykle spowodowane niezoptymalizowanymi procesami wzrostu i niecałkowitym usunięciem uszkodzeń polerskich, co niekorzystnie wpływa na wydajność urządzenia.
Czas publikacji: 05 czerwca 2024 r