Tehnologia de bază pentru creștereaSiC epitaxialmaterialele este în primul rând tehnologia de control al defectelor, în special pentru tehnologia de control al defectelor care este predispusă la defecțiuni ale dispozitivului sau la degradarea fiabilității. Studiul mecanismului defectelor de substrat care se extind în stratul epitaxial în timpul procesului de creștere epitaxială, legile de transfer și transformare a defectelor la interfața dintre substrat și stratul epitaxial și mecanismul de nucleare a defectelor stau la baza clarificării corelației dintre defecte de substrat și defecte structurale epitaxiale, care pot ghida eficient screeningul substratului și optimizarea procesului epitaxial.
Defectele destraturi epitaxiale din carbură de siliciusunt împărțite în principal în două categorii: defecte de cristal și defecte de morfologie de suprafață. Defectele cristalului, inclusiv defectele punctiforme, dislocațiile șuruburilor, defecte ale microtubulilor, dislocațiile marginilor etc., provin în principal din defecte pe substraturile SiC și difuzează în stratul epitaxial. Defectele morfologice ale suprafeței pot fi observate direct cu ochiul liber folosind un microscop și au caracteristici morfologice tipice. Defectele morfologiei suprafeței includ în principal: zgârietură, defect triunghiular, defect morcov, cădere și particule, așa cum se arată în figura 4. În timpul procesului epitaxial, particulele străine, defecte de substrat, deteriorarea suprafeței și abaterile procesului epitaxial pot afecta fluxul de pas local. modul de creștere, rezultând defecte de morfologie de suprafață.
Tabelul 1.Cauze pentru formarea defectelor comune ale matricei și defectelor de morfologie de suprafață în straturile epitaxiale de SiC
Defecte punctuale
Defectele punctuale sunt formate din goluri sau goluri la un singur punct de rețea sau mai multe puncte de rețea și nu au extensie spațială. Defecte punctuale pot apărea în fiecare proces de producție, în special în implantarea ionică. Cu toate acestea, ele sunt greu de detectat, iar relația dintre transformarea defectelor punctuale și alte defecte este, de asemenea, destul de complexă.
Micropipe (MP)
Micropipele sunt dislocații cu șuruburi goale care se propagă de-a lungul axei de creștere, cu un vector Burgers <0001>. Diametrul microtuburilor variază de la o fracțiune de micron la zeci de microni. Microtuburile prezintă caracteristici mari de suprafață asemănătoare unei gropi pe suprafața vaferelor de SiC. De obicei, densitatea microtuburilor este de aproximativ 0,1 ~ 1 cm-2 și continuă să scadă în monitorizarea calității producției comerciale de napolitane.
Luxațiile șuruburilor (TSD) și dislocațiile marginilor (TED)
Dislocațiile în SiC sunt principala sursă de degradare și defecțiune a dispozitivului. Atât dislocațiile șuruburilor (TSD) cât și dislocațiile marginilor (TED) se desfășoară de-a lungul axei de creștere, cu vectori Burgers de <0001> și 1/3<11–20>, respectiv.
Atât dislocațiile șuruburilor (TSD) cât și dislocațiile marginilor (TED) se pot extinde de la substrat la suprafața plachetei și pot aduce caracteristici mici de suprafață asemănătoare gropii (Figura 4b). De obicei, densitatea luxațiilor marginilor este de aproximativ 10 ori mai mare decât a dislocațiilor șuruburilor. Dislocările extinse ale șuruburilor, adică care se extind de la substrat la stratul epilater, se pot transforma, de asemenea, în alte defecte și se pot propaga de-a lungul axei de creștere. În timpulSiC epitaxialcreșterea, dislocațiile șuruburilor sunt transformate în defecte de stivuire (SF) sau defecte de morcov, în timp ce dislocațiile de margine din epistraturi se dovedesc a fi convertite din dislocațiile planului bazal (BPD) moștenite de la substrat în timpul creșterii epitaxiale.
Luxația plană de bază (BPD)
Situat pe planul bazal SiC, cu un vector Burgers de 1/3 <11–20>. BPD-urile apar rar pe suprafața napolitanelor de SiC. Ele sunt de obicei concentrate pe substratul cu o densitate de 1500 cm-2, în timp ce densitatea lor în epistrat este de numai aproximativ 10 cm-2. Detectarea BPD-urilor folosind fotoluminiscența (PL) prezintă caracteristici liniare, așa cum se arată în Figura 4c. În timpulSiC epitaxialcreștere, BPD-urile extinse pot fi convertite în defecte de stivuire (SF) sau dislocari de margine (TED).
Defecte de stivuire (SF)
Defecte în secvența de stivuire a planului bazal SiC. Defectele de stivuire pot apărea în stratul epitaxial prin moștenirea SF-urilor în substrat sau pot fi legate de extinderea și transformarea luxațiilor planului bazal (BPD) și a dislocațiilor șuruburilor filetate (TSD). În general, densitatea SF-urilor este mai mică de 1 cm-2 și prezintă o caracteristică triunghiulară atunci când sunt detectate folosind PL, așa cum se arată în Figura 4e. Totuși, în SiC se pot forma diferite tipuri de defecte de stivuire, cum ar fi tipul Shockley și tipul Frank, deoarece chiar și o cantitate mică de dezordine a energiei de stivuire între planuri poate duce la o neregularitate considerabilă în secvența de stivuire.
Căderea
Defectul de cădere provine în principal din căderea particulelor de pe pereții superiori și laterali ai camerei de reacție în timpul procesului de creștere, care poate fi optimizat prin optimizarea procesului de întreținere periodică a consumabilelor din grafit din camera de reacție.
Defect triunghiular
Este o incluziune politip 3C-SiC care se extinde până la suprafața stratului epilater de SiC de-a lungul direcției planului bazal, așa cum se arată în Figura 4g. Poate fi generat de particulele care cad pe suprafața stratului epitaxial de SiC în timpul creșterii epitaxiale. Particulele sunt încorporate în epistratul și interferează cu procesul de creștere, rezultând incluziuni de politip 3C-SiC, care prezintă caracteristici de suprafață triunghiulară cu unghi ascuțit, cu particulele situate la vârfurile regiunii triunghiulare. Multe studii au atribuit, de asemenea, originea incluziunilor politipurilor zgârieturilor de suprafață, microțevilor și parametrilor nepotriviți ai procesului de creștere.
Defect morcov
Un defect de morcov este un complex de defect de stivuire cu două capete situate la planurile cristaline bazale TSD și SF, terminat printr-o dislocare de tip Frank, iar dimensiunea defectului de morcov este legată de defectul de stivuire prismatic. Combinația acestor caracteristici formează morfologia de suprafață a defectului de morcov, care arată ca o formă de morcov cu o densitate mai mică de 1 cm-2, așa cum se arată în Figura 4f. Defectele morcov se formează cu ușurință la zgârieturi de lustruire, TSD-uri sau defecte de substrat.
Zgârieturi
Zgârieturile sunt deteriorări mecanice pe suprafața plachetelor de SiC formate în timpul procesului de producție, așa cum se arată în Figura 4h. Zgârieturile pe substratul de SiC pot interfera cu creșterea stratului epilater, pot produce un rând de luxații de înaltă densitate în interiorul stratului epilater sau zgârieturile pot deveni baza pentru formarea defectelor morcovului. Prin urmare, este esențial să lustruiți în mod corespunzător napolitanele SiC, deoarece aceste zgârieturi pot avea un impact semnificativ asupra performanței dispozitivului atunci când apar în zona activă a dispozitivul.
Alte defecte de morfologie de suprafață
Bunching-ul în trepte este un defect de suprafață format în timpul procesului de creștere epitaxială de SiC, care produce triunghiuri obtuse sau caracteristici trapezoidale pe suprafața stratului epitaxial de SiC. Există multe alte defecte de suprafață, cum ar fi gropi de suprafață, denivelări și pete. Aceste defecte sunt cauzate de obicei de procese de creștere neoptimizate și de îndepărtarea incompletă a daunelor de lustruire, care afectează negativ performanța dispozitivului.
Ora postării: 05-jun-2024