Основная технология ростаКарбид кремния эпитаксиальныйМатериалы — это, во-первых, технология контроля дефектов, особенно для технологий контроля дефектов, которые склонны к сбоям в работе устройств или снижению надежности. Изучение механизма распространения дефектов подложки в эпитаксиальный слой в процессе эпитаксиального роста, законов переноса и трансформации дефектов на границе между подложкой и эпитаксиальным слоем, а также механизма зарождения дефектов являются основой для выяснения корреляции между дефекты подложки и эпитаксиальные структурные дефекты, которые могут эффективно управлять скринингом подложек и оптимизацией эпитаксиального процесса.
Дефектыэпитаксиальные слои карбида кремнияв основном делятся на две категории: дефекты кристалла и дефекты морфологии поверхности. Дефекты кристалла, в том числе точечные, винтовые дислокации, дефекты микротрубочек, краевые дислокации и т. д., в основном возникают из-за дефектов на подложках SiC и диффундируют в эпитаксиальный слой. Дефекты морфологии поверхности можно наблюдать непосредственно невооруженным глазом с помощью микроскопа, и они имеют типичные морфологические характеристики. К дефектам морфологии поверхности в основном относятся: царапина, треугольный дефект, дефект моркови, падение и частица, как показано на рисунке 4. Во время эпитаксиального процесса инородные частицы, дефекты подложки, повреждение поверхности и отклонения эпитаксиального процесса могут влиять на локальное ступенчатое течение. режим роста, что приводит к дефектам морфологии поверхности.
Таблица 1. Причины образования распространенных дефектов матрицы и дефектов поверхностной морфологии в эпитаксиальных слоях SiC
Точечные дефекты
Точечные дефекты образуются вакансиями или щелями в одном или нескольких узлах решетки и не имеют пространственной протяженности. Точечные дефекты могут возникнуть в любом производственном процессе, особенно при ионной имплантации. Однако их трудно обнаружить, а связь трансформации точечных дефектов с другими дефектами также достаточно сложна.
Микротрубки (МП)
Микротрубки представляют собой полые винтовые дислокации, распространяющиеся вдоль оси роста, с вектором Бюргерса <0001>. Диаметр микротрубок колеблется от долей микрона до десятков микрон. Микротрубки имеют большие ямкообразные поверхности на поверхности пластин SiC. Обычно плотность микротрубок составляет около 0,1~1 см-2 и продолжает снижаться при мониторинге качества коммерческого производства пластин.
Винтовые дислокации (TSD) и краевые дислокации (TED)
Дислокации в SiC являются основным источником деградации и выхода из строя устройств. Как винтовые дислокации (TSD), так и краевые дислокации (TED) проходят вдоль оси роста с векторами Бюргерса <0001> и 1/3<11–20> соответственно.
Как винтовые дислокации (TSD), так и краевые дислокации (TED) могут распространяться от подложки к поверхности пластины и приводить к появлению небольших ямкообразных поверхностных элементов (рис. 4b). Обычно плотность краевых дислокаций примерно в 10 раз превышает плотность винтовых дислокаций. Протяженные винтовые дислокации, т. е. распространяющиеся от подложки к эпиляционному слою, также могут трансформироваться в другие дефекты и распространяться вдоль оси роста. В течениеКарбид кремния эпитаксиальныйПоказано, что в процессе роста винтовые дислокации преобразуются в дефекты упаковки (SF) или морковные дефекты, а краевые дислокации в эпитаксиальных слоях преобразуются из дислокаций базальной плоскости (BPD), унаследованных от подложки в процессе эпитаксиального роста.
Базисная плоская дислокация (БПД)
Расположен на базисной плоскости SiC, с вектором Бюргерса 1/3 <11–20>. BPD редко появляются на поверхности пластин SiC. Обычно они сосредоточены на подложке плотностью 1500 см-2, тогда как их плотность в эпитаксиальном слое составляет всего около 10 см-2. Обнаружение БЛД с использованием фотолюминесценции (ФЛ) демонстрирует линейные особенности, как показано на рисунке 4c. В течениеКарбид кремния эпитаксиальныйВ процессе роста расширенные BPD могут превращаться в дефекты упаковки (SF) или краевые дислокации (TED).
Дефекты штабелирования (SF)
Дефекты в последовательности укладки базисной плоскости SiC. Дефекты упаковки могут возникать в эпитаксиальном слое вследствие наследования SF в подложке или быть связаны с растяжением и трансформацией базисных плоских дислокаций (BPD) и резьбонарезных винтовых дислокаций (TSD). Обычно плотность SF составляет менее 1 см-2, и при обнаружении с помощью фотолюминесценции они имеют треугольную форму, как показано на рисунке 4e. Однако в SiC могут образовываться различные типы дефектов упаковки, такие как тип Шокли и тип Франка, поскольку даже небольшое разупорядочение энергии упаковки между плоскостями может привести к значительной нерегулярности последовательности упаковки.
Падение
Дефект падения в основном возникает из-за падения частиц на верхнюю и боковые стенки реакционной камеры во время процесса роста, что можно оптимизировать путем оптимизации процесса периодического обслуживания графитовых расходных материалов реакционной камеры.
Треугольный дефект
Это включение политипа 3C-SiC, которое простирается до поверхности эпиграфического слоя SiC вдоль направления базовой плоскости, как показано на рисунке 4g. Его могут создавать падающие частицы на поверхность эпитаксиального слоя SiC в процессе эпитаксиального роста. Частицы внедряются в эпислой и мешают процессу роста, в результате чего образуются включения политипа 3C-SiC, которые имеют остроугольные треугольные особенности поверхности, причем частицы расположены в вершинах треугольной области. Многие исследования также связывают возникновение политипных включений с поверхностными царапинами, микротрубками и неправильными параметрами процесса роста.
Дефект моркови
Морковный дефект представляет собой комплекс дефектов упаковки с двумя концами, расположенными в базальных плоскостях кристалла TSD и SF, оканчивающимися дислокацией типа Франка, а размер морковного дефекта связан с призматическим дефектом упаковки. Сочетание этих особенностей формирует поверхностную морфологию дефекта моркови, которая выглядит как морковь с плотностью менее 1 см-2, как показано на рисунке 4f. Морковные дефекты легко образуются при полировке царапин, ТСД или дефектах подложки.
Царапины
Царапины — это механические повреждения на поверхности пластин SiC, образовавшиеся в процессе производства, как показано на рисунке 4h. Царапины на подложке SiC могут препятствовать росту эпислоя, создавать ряд дислокаций высокой плотности внутри эпислоя или же царапины могут стать основой образования морковных дефектов. Поэтому крайне важно правильно полировать пластины SiC, поскольку эти царапины могут оказать существенное влияние на производительность устройства, когда они появляются в активной области устройства.
Другие дефекты морфологии поверхности
Ступенчатое группирование представляет собой поверхностный дефект, образующийся в процессе эпитаксиального роста SiC, который приводит к образованию тупых треугольников или трапециевидных элементов на поверхности эпитаксиального слоя SiC. Существует множество других поверхностных дефектов, таких как ямки, неровности и пятна. Эти дефекты обычно вызваны неоптимизированными процессами роста и неполным устранением полирующих повреждений, что отрицательно влияет на работоспособность устройства.
Время публикации: 05 июня 2024 г.