A tecnologia central para o crescimento daSiC epitaxialmateriais é, em primeiro lugar, tecnologia de controle de defeitos, especialmente para tecnologia de controle de defeitos que é propensa a falhas de dispositivos ou degradação de confiabilidade. O estudo do mecanismo dos defeitos do substrato que se estendem para a camada epitaxial durante o processo de crescimento epitaxial, as leis de transferência e transformação dos defeitos na interface entre o substrato e a camada epitaxial e o mecanismo de nucleação dos defeitos são a base para esclarecer a correlação entre defeitos de substrato e defeitos estruturais epitaxiais, que podem orientar efetivamente a triagem de substrato e a otimização do processo epitaxial.
Os defeitos decamadas epitaxiais de carboneto de silíciosão divididos principalmente em duas categorias: defeitos de cristal e defeitos de morfologia de superfície. Defeitos cristalinos, incluindo defeitos pontuais, luxações de parafuso, defeitos de microtúbulos, luxações de borda, etc., originam-se principalmente de defeitos em substratos de SiC e se difundem na camada epitaxial. Os defeitos da morfologia da superfície podem ser observados diretamente a olho nu usando um microscópio e possuem características morfológicas típicas. Os defeitos de morfologia da superfície incluem principalmente: arranhões, defeitos triangulares, defeitos em cenoura, queda e partículas, conforme mostrado na Figura 4. Durante o processo epitaxial, partículas estranhas, defeitos de substrato, danos à superfície e desvios do processo epitaxial podem afetar o fluxo da etapa local. modo de crescimento, resultando em defeitos de morfologia superficial.
Tabela 1. Causas para a formação de defeitos de matriz comuns e defeitos de morfologia superficial em camadas epitaxiais de SiC
Defeitos pontuais
Os defeitos pontuais são formados por lacunas ou lacunas em um único ponto da rede ou em vários pontos da rede e não possuem extensão espacial. Defeitos pontuais podem ocorrer em todos os processos de produção, especialmente na implantação iônica. No entanto, são difíceis de detectar e a relação entre a transformação de defeitos pontuais e outros defeitos também é bastante complexa.
Microtubos (MP)
Microtubos são luxações helicoidais ocas que se propagam ao longo do eixo de crescimento, com vetor Burgers <0001>. O diâmetro dos microtubos varia de uma fração de mícron a dezenas de mícrons. Os microtubos mostram grandes características de superfície semelhantes a poços na superfície dos wafers de SiC. Normalmente, a densidade dos microtubos é de cerca de 0,1 ~ 1 cm-2 e continua a diminuir no monitoramento da qualidade da produção de wafer comercial.
Luxações de parafuso (TSD) e discordâncias de borda (TED)
As luxações no SiC são a principal fonte de degradação e falha do dispositivo. Ambas as luxações de parafuso (TSD) e luxações de borda (TED) correm ao longo do eixo de crescimento, com vetores de Burgers de <0001> e 1/3 <11–20>, respectivamente.
Tanto os deslocamentos de parafuso (TSD) quanto os deslocamentos de borda (TED) podem se estender do substrato até a superfície do wafer e trazer pequenas características de superfície semelhantes a poços (Figura 4b). Normalmente, a densidade das discordâncias de borda é cerca de 10 vezes maior que a das discordâncias de parafuso. Luxações helicoidais estendidas, isto é, estendendo-se do substrato até a epicamada, também podem se transformar em outros defeitos e se propagar ao longo do eixo de crescimento. DuranteSiC epitaxialcrescimento, as luxações de parafuso são convertidas em falhas de empilhamento (SF) ou defeitos de cenoura, enquanto as luxações de borda nas epicamadas são convertidas a partir de luxações do plano basal (BPDs) herdadas do substrato durante o crescimento epitaxial.
Luxação plana básica (BPD)
Localizado no plano basal do SiC, com vetor Burgers de 1/3 <11–20>. Os BPDs raramente aparecem na superfície dos wafers de SiC. Eles geralmente estão concentrados no substrato com densidade de 1500 cm-2, enquanto sua densidade na epicamada é de apenas cerca de 10 cm-2. A detecção de BPDs usando fotoluminescência (PL) mostra características lineares, como mostrado na Figura 4c. DuranteSiC epitaxialcrescimento, BPDs estendidos podem ser convertidos em falhas de empilhamento (SF) ou deslocamentos de borda (TED).
Falhas de empilhamento (SFs)
Defeitos na sequência de empilhamento do plano basal do SiC. Falhas de empilhamento podem aparecer na camada epitaxial herdando SFs no substrato, ou estar relacionadas à extensão e transformação de luxações do plano basal (BPDs) e luxações de parafuso rosqueado (TSDs). Geralmente, a densidade dos SFs é inferior a 1 cm-2 e exibem uma característica triangular quando detectados por PL, conforme mostrado na Figura 4e. No entanto, vários tipos de falhas de empilhamento podem ser formadas no SiC, como o tipo Shockley e o tipo Frank, porque mesmo uma pequena quantidade de desordem de energia de empilhamento entre os planos pode levar a uma irregularidade considerável na sequência de empilhamento.
Queda
O defeito de queda origina-se principalmente da queda de partículas nas paredes superior e lateral da câmara de reação durante o processo de crescimento, que pode ser otimizado otimizando o processo de manutenção periódica dos consumíveis de grafite da câmara de reação.
Defeito triangular
É uma inclusão politipo 3C-SiC que se estende até a superfície da epicamada de SiC ao longo da direção do plano basal, como mostrado na Figura 4g. Pode ser gerado pela queda de partículas na superfície da epicamada de SiC durante o crescimento epitaxial. As partículas são incorporadas na epicamada e interferem no processo de crescimento, resultando em inclusões politípicas 3C-SiC, que apresentam características de superfície triangular em ângulo agudo com as partículas localizadas nos vértices da região triangular. Muitos estudos também atribuíram a origem das inclusões politípicas a arranhões superficiais, microtubos e parâmetros inadequados do processo de crescimento.
Defeito de cenoura
Um defeito cenoura é um complexo de falha de empilhamento com duas extremidades localizadas nos planos cristalinos basais TSD e SF, terminado por um deslocamento do tipo Frank, e o tamanho do defeito cenoura está relacionado à falha de empilhamento prismática. A combinação dessas características forma a morfologia superficial do defeito da cenoura, que se parece com o formato de uma cenoura com densidade inferior a 1 cm-2, conforme mostrado na Figura 4f. Defeitos cenoura são facilmente formados em arranhões de polimento, TSDs ou defeitos de substrato.
Arranhões
Arranhões são danos mecânicos na superfície dos wafers de SiC formados durante o processo de produção, conforme mostrado na Figura 4h. Arranhões no substrato de SiC podem interferir no crescimento da epicamada, produzir uma fileira de deslocamentos de alta densidade dentro da epicamada ou arranhões podem se tornar a base para a formação de defeitos em forma de cenoura. Portanto, é fundamental polir adequadamente os wafers de SiC porque esses arranhões podem ter um impacto significativo no desempenho do dispositivo quando aparecem na área ativa do dispositivo.
Outros defeitos de morfologia de superfície
O agrupamento escalonado é um defeito superficial formado durante o processo de crescimento epitaxial do SiC, que produz triângulos obtusos ou características trapezoidais na superfície da epicamada de SiC. Existem muitos outros defeitos superficiais, como buracos, saliências e manchas superficiais. Esses defeitos são geralmente causados por processos de crescimento não otimizados e remoção incompleta de danos de polimento, o que afeta negativamente o desempenho do dispositivo.
Horário da postagem: 05/06/2024