Kärnteknologin för tillväxten avSiC epitaxiellmaterial är först och främst defektkontrollteknik, särskilt för defektkontrollteknik som är benägen att misslyckas med enheten eller försämras tillförlitligheten. Studiet av mekanismen för substratdefekter som sträcker sig in i det epitaxiella skiktet under den epitaxiella tillväxtprocessen, överförings- och transformationslagarna för defekter vid gränsytan mellan substratet och epitaxialskiktet och kärnbildningsmekanismen för defekter är grunden för att klargöra sambandet mellan substratdefekter och epitaxiella strukturella defekter, som effektivt kan styra substratscreening och epitaxiell process optimering.
Defekterna avepitaxiella skikt av kiselkarbidär huvudsakligen indelade i två kategorier: kristalldefekter och ytmorfologiska defekter. Kristalldefekter, inklusive punktdefekter, skruvdislokationer, mikrotubulidefekter, kantdislokationer, etc., härstammar mestadels från defekter på SiC-substrat och diffunderar in i det epitaxiella lagret. Ytmorfologiska defekter kan observeras direkt med blotta ögat med hjälp av ett mikroskop och har typiska morfologiska egenskaper. Ytmorfologiska defekter inkluderar huvudsakligen: repa, triangulär defekt, morotsdefekt, fall och partikel, som visas i figur 4. Under den epitaxiella processen kan främmande partiklar, substratdefekter, ytskador och epitaxiella processavvikelser alla påverka det lokala stegflödet tillväxtläge, vilket resulterar i ytmorfologiska defekter.
Tabell 1. Orsaker till bildandet av vanliga matrisdefekter och ytmorfologiska defekter i SiC epitaxiella lager
Punktdefekter
Punktdefekter bildas av vakanser eller luckor vid en enda gitterpunkt eller flera gitterpunkter, och de har ingen rumslig förlängning. Punktdefekter kan förekomma i varje produktionsprocess, speciellt vid jonimplantation. De är dock svåra att upptäcka, och förhållandet mellan omvandlingen av punktdefekter och andra defekter är också ganska komplext.
Mikrorör (MP)
Mikrorör är ihåliga skruvförskjutningar som fortplantar sig längs tillväxtaxeln, med en Burgers vektor <0001>. Mikrorörens diameter sträcker sig från en bråkdel av en mikron till tiotals mikron. Mikrorör visar stora gropliknande ytegenskaper på ytan av SiC-skivor. Vanligtvis är densiteten för mikrorör cirka 0,1 ~ 1 cm-2 och fortsätter att minska i kommersiell waferproduktionskvalitetsövervakning.
Skruvdislokationer (TSD) och kantdislokationer (TED)
Dislokationer i SiC är den huvudsakliga källan till enhetsförsämring och fel. Både skruvdislokationer (TSD) och kantdislokationer (TED) löper längs tillväxtaxeln, med Burgers-vektorer på <0001> respektive 1/3<11–20>.
Både skruvförskjutningar (TSD) och kantförskjutningar (TED) kan sträcka sig från substratet till skivans yta och ge små gropliknande ytegenskaper (Figur 4b). Typiskt är tätheten för kantförskjutningar ungefär 10 gånger den för skruvförskjutningar. Förlängda skruvdislokationer, det vill säga sträcker sig från substratet till epilagret, kan också förvandlas till andra defekter och fortplanta sig längs tillväxtaxeln. UnderSiC epitaxielltillväxt, skruvdislokationer omvandlas till staplingsfel (SF) eller morotsdefekter, medan kantdislokationer i epilager visar sig omvandlas från basalplansdislokationer (BPD) som ärvts från substratet under epitaxiell tillväxt.
Basic plane dislocation (BPD)
Ligger på SiC-basplanet, med en Burgers-vektor på 1/3 <11–20>. BPD visas sällan på ytan av SiC-skivor. De är vanligtvis koncentrerade på substratet med en densitet på 1500 cm-2, medan deras densitet i epilagret endast är cirka 10 cm-2. Detektion av BPD med hjälp av fotoluminescens (PL) visar linjära egenskaper, som visas i figur 4c. UnderSiC epitaxielltillväxt kan förlängda BPD omvandlas till staplingsfel (SF) eller kantdislokationer (TED).
Staplingsfel (SF)
Defekter i staplingssekvensen för SiC-basplanet. Staplingsfel kan uppstå i det epitaxiella lagret genom att ärva SF:er i substratet, eller vara relaterade till förlängning och transformation av basalplansdislokationer (BPD) och gängskruvsdislokationer (TSDs). I allmänhet är densiteten för SF:er mindre än 1 cm-2, och de uppvisar en triangulär egenskap när de detekteras med PL, som visas i figur 4e. Emellertid kan olika typer av staplingsfel bildas i SiC, såsom Shockley-typ och Frank-typ, eftersom även en liten mängd staplingsenergistörningar mellan plan kan leda till en avsevärd oregelbundenhet i staplingssekvensen.
Undergång
Nedgångsdefekten härrör huvudsakligen från partikeldroppet på reaktionskammarens övre väggar och sidoväggar under tillväxtprocessen, vilket kan optimeras genom att optimera den periodiska underhållsprocessen för förbrukningsmaterial för reaktionskammarens grafit.
Triangulär defekt
Det är en 3C-SiC-polytypinneslutning som sträcker sig till ytan av SiC-epilaget längs basplanets riktning, som visas i figur 4g. Det kan genereras av de fallande partiklarna på ytan av SiC epilagret under epitaxiell tillväxt. Partiklarna är inbäddade i epilagret och stör tillväxtprocessen, vilket resulterar i 3C-SiC-polytypinneslutningar, som visar skarpvinklade triangulära ytegenskaper med partiklarna placerade vid hörnen av det triangulära området. Många studier har också tillskrivit ursprunget till polytypinneslutningar till ytrepor, mikrorör och felaktiga parametrar för tillväxtprocessen.
Morotsdefekt
En morotsdefekt är ett staplingsfelskomplex med två ändar belägna vid TSD- och SF-basalkristallplanen, avslutade av en dislokation av Frank-typ, och storleken på morotsdefekten är relaterad till det prismatiska staplingsfelet. Kombinationen av dessa egenskaper bildar ytmorfologin för morotsdefekten, som ser ut som en morotsform med en densitet på mindre än 1 cm-2, som visas i figur 4f. Morotsdefekter bildas lätt vid polerrepor, TSD:er eller substratdefekter.
Repor
Repor är mekaniska skador på ytan av SiC-skivor som bildas under produktionsprocessen, som visas i figur 4h. Repor på SiC-substratet kan störa tillväxten av epilagret, producera en rad av högdensitetsförskjutningar i epilagret, eller repor kan bli grunden för bildandet av morotsdefekter. Därför är det viktigt att polera SiC-skivor på rätt sätt eftersom dessa repor kan ha en betydande inverkan på enhetens prestanda när de visas i enhetens aktiva område.
Andra ytmorfologiska defekter
Stegsamling är en ytdefekt som bildas under SiC epitaxial tillväxtprocess, som producerar trubbiga trianglar eller trapetsformade egenskaper på ytan av SiC epilagret. Det finns många andra ytfel, som ytgropar, stötar och fläckar. Dessa defekter orsakas vanligtvis av ooptimerade tillväxtprocesser och ofullständig borttagning av poleringsskador, vilket negativt påverkar enhetens prestanda.
Posttid: 2024-05-05