Ang pangunahing teknolohiya para sa paglago ngSiC epitaxialAng mga materyales ay una sa defect control technology, lalo na para sa defect control technology na madaling kapitan ng pagkabigo ng device o pagkasira ng pagiging maaasahan. Ang pag-aaral ng mekanismo ng mga depekto ng substrate na umaabot sa layer ng epitaxial sa panahon ng proseso ng paglago ng epitaxial, ang mga batas ng paglilipat at pagbabago ng mga depekto sa interface sa pagitan ng substrate at epitaxial layer, at ang mekanismo ng nucleation ng mga depekto ay ang batayan para sa paglilinaw ng ugnayan sa pagitan mga depekto sa substrate at mga depekto sa istruktura ng epitaxial, na maaaring epektibong gabayan ang screening ng substrate at pag-optimize ng proseso ng epitaxial.
Ang mga depekto ngsilikon carbide epitaxial layeray pangunahing nahahati sa dalawang kategorya: mga depekto sa kristal at mga depekto sa ibabaw ng morpolohiya. Ang mga depekto sa kristal, kabilang ang mga depekto sa punto, mga dislokasyon ng tornilyo, mga depekto sa microtubule, mga dislokasyon sa gilid, atbp., ay kadalasang nagmumula sa mga depekto sa mga substrate ng SiC at nagkakalat sa epitaxial layer. Ang mga depekto sa ibabaw ng morpolohiya ay maaaring direktang maobserbahan sa mata gamit ang isang mikroskopyo at may mga tipikal na katangian ng morpolohiya. Pangunahing kasama sa mga depekto sa surface morphology ang: Scratch, Triangular defect, Carrot defect, Downfall, at Particle, tulad ng ipinapakita sa Figure 4. Sa panahon ng proseso ng epitaxial, ang mga dayuhang particle, mga depekto sa substrate, pinsala sa ibabaw, at mga paglihis ng proseso ng epitaxial ay maaaring makaapekto sa lokal na daloy ng hakbang. mode ng paglago, na nagreresulta sa mga depekto sa ibabaw ng morpolohiya.
Talahanayan 1. Mga sanhi ng pagbuo ng mga karaniwang depekto sa matrix at mga depekto sa ibabaw ng morpolohiya sa mga layer ng epitaxial ng SiC
Mga depekto sa punto
Ang mga depekto sa punto ay nabubuo sa pamamagitan ng mga bakante o gaps sa iisang lattice point o ilang lattice point, at wala silang spatial extension. Maaaring mangyari ang mga depekto sa punto sa bawat proseso ng produksyon, lalo na sa pagtatanim ng ion. Gayunpaman, mahirap silang matukoy, at ang relasyon sa pagitan ng pagbabago ng mga depekto sa punto at iba pang mga depekto ay medyo kumplikado din.
Micropipe (MP)
Ang mga micropipe ay mga hollow screw dislocation na kumakalat sa kahabaan ng growth axis, na may vector ng Burgers <0001>. Ang diameter ng microtubes ay mula sa isang bahagi ng isang micron hanggang sampu-sampung micron. Ang mga microtubes ay nagpapakita ng malalaking katangian ng ibabaw na tulad ng hukay sa ibabaw ng SiC wafers. Karaniwan, ang density ng microtubes ay humigit-kumulang 0.1~1cm-2 at patuloy na bumababa sa komersyal na pagsubaybay sa kalidad ng produksyon ng wafer.
Screw dislocations (TSD) at edge dislocations (TED)
Ang mga dislokasyon sa SiC ang pangunahing pinagmumulan ng pagkasira at pagkabigo ng device. Parehong screw dislocations (TSD) at edge dislocations (TED) ay tumatakbo kasama ang growth axis, na may mga Burgers vector na <0001> at 1/3<11–20>, ayon sa pagkakabanggit.
Parehong screw dislocations (TSD) at edge dislocations (TED) ay maaaring umabot mula sa substrate hanggang sa wafer surface at magdala ng maliit na pit-like surface features (Figure 4b). Karaniwan, ang density ng mga dislokasyon sa gilid ay halos 10 beses kaysa sa mga dislokasyon ng turnilyo. Ang pinalawak na mga dislokasyon ng tornilyo, iyon ay, na umaabot mula sa substrate hanggang sa epilayer, ay maaari ring magbago sa iba pang mga depekto at magpalaganap sa kahabaan ng axis ng paglago. Sa panahon ngSiC epitaxialpaglaki, ang mga dislokasyon ng tornilyo ay na-convert sa mga stacking fault (SF) o mga depekto ng karot, habang ang mga dislokasyon sa gilid sa mga epilayer ay ipinapakita na na-convert mula sa mga basal plane dislocation (BPD) na minana mula sa substrate sa panahon ng paglaki ng epitaxial.
Basic plane dislocation (BPD)
Matatagpuan sa SiC basal plane, na may Burgers vector na 1/3 <11–20>. Ang mga BPD ay bihirang lumitaw sa ibabaw ng SiC wafers. Ang mga ito ay karaniwang puro sa substrate na may density na 1500 cm-2, habang ang kanilang density sa epilayer ay halos 10 cm-2 lamang. Ang pagtuklas ng mga BPD gamit ang photoluminescence (PL) ay nagpapakita ng mga linear na tampok, tulad ng ipinapakita sa Figure 4c. Sa panahon ngSiC epitaxialpaglago, ang mga pinalawig na BPD ay maaaring ma-convert sa stacking faults (SF) o edge dislocations (TED).
Mga stacking fault (SF)
Mga depekto sa stacking sequence ng SiC basal plane. Maaaring lumitaw ang mga stacking fault sa epitaxial layer sa pamamagitan ng pagmamana ng mga SF sa substrate, o nauugnay sa extension at pagbabago ng mga basal plane dislocations (BPDs) at threading screw dislocations (TSDs). Sa pangkalahatan, ang density ng mga SF ay mas mababa sa 1 cm-2, at nagpapakita sila ng isang tatsulok na tampok kapag nakita gamit ang PL, tulad ng ipinapakita sa Figure 4e. Gayunpaman, ang iba't ibang uri ng mga stacking fault ay maaaring mabuo sa SiC, tulad ng Shockley type at Frank type, dahil kahit isang maliit na halaga ng stacking energy disorder sa pagitan ng mga eroplano ay maaaring humantong sa isang malaking iregularidad sa stacking sequence.
Pagbagsak
Ang depekto sa pagbagsak ay pangunahing nagmumula sa pagbagsak ng butil sa itaas at gilid na mga dingding ng silid ng reaksyon sa panahon ng proseso ng paglago, na maaaring ma-optimize sa pamamagitan ng pag-optimize ng pana-panahong proseso ng pagpapanatili ng mga consumable ng reaction chamber graphite.
Tatsulok na depekto
Ito ay isang 3C-SiC polytype inclusion na umaabot sa ibabaw ng SiC epilayer kasama ang basal plane na direksyon, tulad ng ipinapakita sa Figure 4g. Maaari itong mabuo ng mga bumabagsak na particle sa ibabaw ng SiC epilayer sa panahon ng paglaki ng epitaxial. Ang mga particle ay naka-embed sa epilayer at nakakasagabal sa proseso ng paglago, na nagreresulta sa 3C-SiC polytype inclusions, na nagpapakita ng mga sharp-angled triangular surface feature na may mga particle na matatagpuan sa vertices ng triangular na rehiyon. Maraming pag-aaral ang nag-attribute din sa pinagmulan ng polytype inclusions sa mga gasgas sa ibabaw, micropipe, at hindi tamang mga parameter ng proseso ng paglago.
Karot na depekto
Ang carrot defect ay isang stacking fault complex na may dalawang dulo na matatagpuan sa TSD at SF basal crystal plane, na tinapos ng isang Frank-type na dislocation, at ang laki ng carrot defect ay nauugnay sa prismatic stacking fault. Ang kumbinasyon ng mga tampok na ito ay bumubuo sa ibabaw na morpolohiya ng karot na depekto, na mukhang isang hugis ng karot na may density na mas mababa sa 1 cm-2, tulad ng ipinapakita sa Figure 4f. Ang mga depekto ng karot ay madaling mabuo sa mga gasgas, TSD, o mga depekto sa substrate.
Mga gasgas
Ang mga gasgas ay mekanikal na pinsala sa ibabaw ng SiC wafer na nabuo sa panahon ng proseso ng produksyon, tulad ng ipinapakita sa Figure 4h. Ang mga gasgas sa substrate ng SiC ay maaaring makagambala sa paglaki ng epilayer, makabuo ng isang hilera ng mga high-density na dislokasyon sa loob ng epilayer, o ang mga gasgas ay maaaring maging batayan para sa pagbuo ng mga depekto ng karot. Samakatuwid, napakahalaga na maayos na pakinisin ang mga SiC wafer dahil ang mga gasgas na ito ay maaaring magkaroon ng malaking epekto sa performance ng device kapag lumabas ang mga ito sa aktibong bahagi ng device.
Iba pang mga depekto sa ibabaw ng morpolohiya
Ang step bunching ay isang surface defect na nabuo sa panahon ng SiC epitaxial growth process, na gumagawa ng obtuse triangles o trapezoidal features sa ibabaw ng SiC epilayer. Mayroong maraming iba pang mga depekto sa ibabaw, tulad ng mga hukay sa ibabaw, bukol at mantsa. Ang mga depektong ito ay karaniwang sanhi ng hindi na-optimize na mga proseso ng paglago at hindi kumpletong pag-alis ng pinsala sa polishing, na negatibong nakakaapekto sa pagganap ng device.
Oras ng post: Hun-05-2024