Основна технологія для зростанняSiC епітаксіальнийМатеріали - це, перш за все, технологія контролю дефектів, особливо для технології контролю дефектів, яка схильна до відмови пристрою або погіршення надійності. Дослідження механізму поширення дефектів підкладки в епітаксіальний шар у процесі епітаксійного росту, законів перенесення та трансформації дефектів на межі підкладки та епітаксійного шару та механізму зародження дефектів є основою для з’ясування кореляції між дефекти підкладки та епітаксійні структурні дефекти, які можуть ефективно керувати скринінгом підкладки та оптимізацією епітаксійного процесу.
Дефектиепітаксійні шари карбіду кремніюв основному поділяються на дві категорії: кристалічні дефекти та дефекти морфології поверхні. Дефекти кристалів, включаючи точкові дефекти, гвинтові дислокації, дефекти мікротрубочок, крайові дислокації тощо, здебільшого походять від дефектів на підкладках SiC і дифундують в епітаксіальний шар. Морфологічні дефекти поверхні можна безпосередньо спостерігати неозброєним оком за допомогою мікроскопа і мають типові морфологічні характеристики. Поверхневі морфологічні дефекти в основному включають: подряпини, трикутні дефекти, дефекти моркви, падіння та частинки, як показано на малюнку 4. Під час епітаксійного процесу сторонні частки, дефекти підкладки, пошкодження поверхні та відхилення епітаксійного процесу можуть впливати на локальний кроковий потік. режим росту, що призводить до дефектів морфології поверхні.
Таблиця 1. Причини утворення загальних дефектів матриці та дефектів морфології поверхні в епітаксійних шарах SiC
Точкові дефекти
Точкові дефекти утворюються вакансіями або проміжками в одній або кількох точках решітки і не мають просторової протяжності. Точкові дефекти можуть виникати в кожному виробничому процесі, особливо при іонній імплантації. Однак їх важко виявити, і зв'язок між трансформацією точкових дефектів та інших дефектів також досить складний.
Мікротруби (MP)
Мікротрубки — це порожнисті гвинтові дислокації, які поширюються вздовж осі росту з вектором Бюргерса <0001>. Діаметр мікротрубок коливається від часток мікрона до десятків мікрон. Мікротрубки демонструють великі ямкоподібні поверхні на поверхні пластин SiC. Як правило, щільність мікротрубок становить приблизно 0,1~1 см-2 і продовжує знижуватися під час моніторингу якості виробництва комерційних пластин.
Гвинтові дислокації (TSD) і крайові дислокації (TED)
Дислокації в SiC є основним джерелом деградації та відмови пристрою. І гвинтові дислокації (TSD), і крайові дислокації (TED) проходять уздовж осі росту з векторами Бюргерса <0001> і 1/3<11–20> відповідно.
Як гвинтові дислокації (TSD), так і крайові дислокації (TED) можуть поширюватися від підкладки до поверхні пластини та приносити невеликі ямкоподібні поверхні (рис. 4b). Як правило, щільність крайових дислокацій приблизно в 10 разів перевищує щільність гвинтових дислокацій. Протяжні гвинтові дислокації, тобто тягнуться від підкладки до епішару, також можуть трансформуватися в інші дефекти і поширюватися вздовж осі росту. ПротягомSiC епітаксіальнийзростання, гвинтові дислокації перетворюються на дефекти упаковки (SF) або дефекти моркви, тоді як показано, що крайові дислокації в епішарах перетворюються з дислокацій у базальній площині (BPD), успадкованих від підкладки під час епітаксійного росту.
Основна плоска дислокація (BPD)
Розташований на базальній площині SiC з вектором Бюргерса 1/3 <11–20>. BPD рідко з’являються на поверхні пластин SiC. Зазвичай вони зосереджені на підкладці з щільністю 1500 см-2, тоді як їх щільність в епішарі становить лише близько 10 см-2. Виявлення BPD за допомогою фотолюмінесценції (PL) демонструє лінійні особливості, як показано на малюнку 4c. ПротягомSiC епітаксіальнийзростання, розширені BPD можуть бути перетворені в дефекти упаковки (SF) або крайові дислокації (TED).
Помилки стекування (SF)
Дефекти в послідовності укладання базисної площини SiC. Дефекти стекування можуть з’явитися в епітаксіальному шарі через успадкування SF в підкладці або бути пов’язаними з розширенням і трансформацією дислокацій у базальній площині (BPD) і дислокацій з нарізними гвинтами (TSD). Як правило, щільність SF становить менше 1 см-2, і вони демонструють трикутну форму при виявленні за допомогою PL, як показано на малюнку 4e. Однак у SiC можуть утворюватися різні типи дефектів упаковки, наприклад типу Шоклі та типу Франка, оскільки навіть невеликий рівень енергетичного розладу сумування між площинами може призвести до значної нерегулярності послідовності стекування.
Падіння
Дефект падіння в основному виникає через падіння частинок на верхню та бічні стінки реакційної камери під час процесу росту, який можна оптимізувати шляхом оптимізації процесу періодичного обслуговування графітових витратних матеріалів реакційної камери.
Трикутний дефект
Це включення політипу 3C-SiC, яке простягається на поверхню епішару SiC уздовж напрямку базисної площини, як показано на малюнку 4g. Він може бути створений падінням частинок на поверхню епітаксіального шару SiC під час епітаксійного росту. Частинки вбудовані в епілаєр і заважають процесу росту, що призводить до політипних включень 3C-SiC, які демонструють гострокутні трикутні поверхні з частинками, розташованими у вершинах трикутної області. Багато досліджень також пояснюють походження політипних включень поверхневими подряпинами, мікротрубками та неправильними параметрами процесу росту.
Дефект моркви
Дефект «моркви» — це комплекс дефектів упаковки з двома кінцями, розташованими в базальних кристалічних площинах TSD і SF, що завершуються дислокацією типу Франка, а розмір дефекту «моркви» пов’язаний із призматичним дефектом упаковки. Поєднання цих ознак формує морфологію поверхні дефекту моркви, яка виглядає як морква з щільністю менше 1 см-2, як показано на малюнку 4f. Дефекти моркви легко утворюються на полірувальних подряпинах, ТСД або дефектах підкладки.
Подряпини
Подряпини — це механічні пошкодження на поверхні SiC пластин, що утворилися в процесі виробництва, як показано на малюнку 4h. Подряпини на підкладці SiC можуть перешкоджати зростанню епішару, створювати ряд дислокацій високої щільності всередині епішару, або подряпини можуть стати основою для утворення дефектів «моркви». Тому надзвичайно важливо правильно відполірувати пластини SiC, оскільки ці подряпини можуть мати значний вплив на продуктивність пристрою, коли вони з’являються в активній зоні пристрою.
Інші дефекти морфології поверхні
Ступінчасте групування — це поверхневий дефект, утворений під час процесу епітаксійного росту SiC, який створює тупі трикутники або трапецієподібні елементи на поверхні епішару SiC. Існує багато інших дефектів поверхні, таких як ямки, нерівності та плями. Ці дефекти зазвичай спричинені неоптимізованими процесами росту та неповним видаленням пошкоджень від полірування, що негативно впливає на продуктивність пристрою.
Час публікації: 05 червня 2024 р