Základná technológia pre rastSiC epitaxnémateriálov je v prvom rade technológia kontroly defektov, najmä pre technológiu kontroly defektov, ktorá je náchylná na zlyhanie zariadenia alebo zníženie spoľahlivosti. Štúdium mechanizmu defektov substrátu zasahujúcich do epitaxnej vrstvy počas procesu epitaxného rastu, zákony prenosu a transformácie defektov na rozhraní medzi substrátom a epitaxnou vrstvou a nukleačný mechanizmus defektov sú základom pre objasnenie korelácie medzi defekty substrátu a epitaxné štrukturálne defekty, ktoré môžu účinne viesť skríning substrátu a optimalizáciu epitaxného procesu.
Vady zepitaxné vrstvy karbidu kremíkasa delia hlavne na dve kategórie: kryštálové defekty a defekty povrchovej morfológie. Kryštálové defekty, vrátane bodových defektov, skrutkových dislokácií, mikrotubulových defektov, okrajových dislokácií atď., väčšinou pochádzajú z defektov na SiC substrátoch a difundujú do epitaxnej vrstvy. Poruchy povrchovej morfológie možno priamo pozorovať voľným okom pomocou mikroskopu a majú typické morfologické vlastnosti. Defekty povrchovej morfológie zahŕňajú najmä: škrabance, trojuholníkový defekt, mrkvový defekt, pád a častice, ako je znázornené na obrázku 4. Počas epitaxného procesu môžu cudzie častice, defekty substrátu, poškodenie povrchu a odchýlky epitaxiálneho procesu všetky ovplyvniť lokálny krokový tok spôsob rastu, čo vedie k defektom povrchovej morfológie.
Tabuľka 1. Príčiny vzniku bežných defektov matrice a defektov povrchovej morfológie v epitaxných vrstvách SiC
Bodové defekty
Bodové defekty sú tvorené medzerami alebo medzerami v jednom mriežkovom bode alebo viacerých mriežkových bodoch a nemajú priestorové rozšírenie. Bodové defekty sa môžu vyskytnúť v každom výrobnom procese, najmä pri implantácii iónov. Je však ťažké ich odhaliť a vzťah medzi transformáciou bodových defektov a inými defektmi je tiež pomerne zložitý.
Mikrorúrky (MP)
Mikropipe sú duté skrutkové dislokácie, ktoré sa šíria pozdĺž osi rastu s Burgersovým vektorom <0001>. Priemer mikroskúmaviek sa pohybuje od zlomku mikrónu až po desiatky mikrónov. Mikroskúmavky vykazujú na povrchu doštičiek SiC veľké jamkové povrchové prvky. Typicky je hustota mikroskúmaviek približne 0,1 ~ 1 cm-2 a pri monitorovaní kvality výroby doštičiek v komerčnom prostredí sa naďalej znižuje.
Skrutkové dislokácie (TSD) a okrajové dislokácie (TED)
Dislokácie v SiC sú hlavným zdrojom degradácie a zlyhania zariadenia. Skrutkové dislokácie (TSD) a okrajové dislokácie (TED) prebiehajú pozdĺž osi rastu s Burgersovými vektormi <0001> a 1/3<11–20>, v tomto poradí.
Skrutkové dislokácie (TSD) aj okrajové dislokácie (TED) sa môžu rozprestierať od substrátu k povrchu plátku a priniesť malé povrchové prvky podobné jamke (obrázok 4b). Typicky je hustota okrajových dislokácií asi 10-krát väčšia ako hustota skrutkových dislokácií. Predĺžené dislokácie skrutiek, to znamená, že siahajú od substrátu k epivrstve, sa môžu tiež transformovať na iné defekty a šíriť sa pozdĺž osi rastu. PočasSiC epitaxnérast, skrutkové dislokácie sa premieňajú na stohovacie chyby (SF) alebo mrkvové defekty, zatiaľ čo okrajové dislokácie v epivrstvách sa premieňajú z dislokácií bazálnej roviny (BPD) zdedených zo substrátu počas epitaxného rastu.
Základná rovinná dislokácia (BPD)
Nachádza sa na bazálnej rovine SiC, s Burgersovým vektorom 1/3 <11–20>. BPD sa zriedkavo objavujú na povrchu SiC doštičiek. Zvyčajne sú sústredené na substráte s hustotou 1500 cm-2, pričom ich hustota v epivrstve je len asi 10 cm-2. Detekcia BPD pomocou fotoluminiscencie (PL) vykazuje lineárne znaky, ako je znázornené na obrázku 4c. PočasSiC epitaxnérastu sa rozšírené BPD môžu premeniť na stohovacie chyby (SF) alebo okrajové dislokácie (TED).
Chyby stohovania (SF)
Poruchy v postupnosti stohovania bazálnej roviny SiC. Poruchy stohovania sa môžu objaviť v epitaxnej vrstve zdedením SF v substráte alebo súvisieť s rozšírením a transformáciou dislokácií bazálnej roviny (BPD) a dislokácií závitových skrutiek (TSD). Vo všeobecnosti je hustota SF menšia ako 1 cm-2 a pri detekcii pomocou PL vykazujú trojuholníkový znak, ako je znázornené na obrázku 4e. V SiC sa však môžu vytvárať rôzne typy stohovacích porúch, ako napríklad typ Shockley a typ Frank, pretože aj malé množstvo porúch vrstvenia energie medzi rovinami môže viesť k značnej nepravidelnosti v postupnosti vrstvenia.
Pád
Porucha pádu pochádza hlavne z pádu častíc na hornej a bočnej stene reakčnej komory počas procesu rastu, ktorý možno optimalizovať optimalizáciou procesu periodickej údržby grafitových spotrebných materiálov reakčnej komory.
Trojuholníkový defekt
Ide o inklúziu polytypu 3C-SiC, ktorá sa rozprestiera na povrch epivrstvy SiC v smere bazálnej roviny, ako je znázornené na obrázku 4g. Môže byť generovaný padajúcimi časticami na povrchu SiC epivrstvy počas epitaxného rastu. Častice sú vložené do epivrstvy a interferujú s procesom rastu, čo vedie k inklúziám polytypu 3C-SiC, ktoré vykazujú trojuholníkové povrchové prvky s ostrými uhlami s časticami umiestnenými vo vrcholoch trojuholníkovej oblasti. Mnohé štúdie tiež pripisujú pôvod polytypových inklúzií povrchovým škrabancom, mikropipetám a nesprávnym parametrom procesu rastu.
Porucha mrkvy
Defekt mrkvy je komplex stohovacích porúch s dvoma koncami umiestnenými v bazálnych kryštálových rovinách TSD a SF, ukončený dislokáciou Frankovho typu a veľkosť defektu mrkvy súvisí s prizmatickou stohovanou chybou. Kombinácia týchto znakov tvorí povrchovú morfológiu defektu mrkvy, ktorý vyzerá ako tvar mrkvy s hustotou menšou ako 1 cm-2, ako je znázornené na obrázku 4f. Chyby mrkvy sa ľahko tvoria pri škrabancoch leštenia, TSD alebo defektoch substrátu.
Škrabance
Škrabance sú mechanické poškodenia na povrchu SiC doštičiek vytvorených počas výrobného procesu, ako je znázornené na obrázku 4h. Škrabance na SiC substráte môžu interferovať s rastom epivrstvy, vytvárať rad dislokácií s vysokou hustotou v epivrstve alebo sa škrabance môžu stať základom pre tvorbu defektov mrkvy. Preto je dôležité správne vyleštiť doštičky SiC, pretože tieto škrabance môžu mať významný vplyv na výkon zariadenia, keď sa objavia v aktívnej oblasti zariadenia.
Iné defekty morfológie povrchu
Krokové zhlukovanie je povrchový defekt vytvorený počas procesu epitaxného rastu SiC, ktorý vytvára tupé trojuholníky alebo lichobežníkové znaky na povrchu epivrstvy SiC. Existuje mnoho ďalších povrchových defektov, ako sú povrchové jamky, hrbole a škvrny. Tieto chyby sú zvyčajne spôsobené neoptimalizovanými rastovými procesmi a neúplným odstránením poškodení leštením, čo nepriaznivo ovplyvňuje výkon zariadenia.
Čas odoslania: 05.06.2024