Công nghệ cốt lõi cho sự phát triển củaepiticular SiCvật liệu trước hết là công nghệ kiểm soát lỗi, đặc biệt đối với công nghệ kiểm soát lỗi dễ gây hỏng thiết bị hoặc suy giảm độ tin cậy. Nghiên cứu cơ chế khuyết tật cơ chất mở rộng vào lớp epitaxy trong quá trình tăng trưởng epitaxy, các quy luật vận chuyển và biến đổi của khuyết tật tại bề mặt tiếp xúc giữa lớp nền và lớp epitaxy và cơ chế tạo mầm của khuyết tật là cơ sở làm sáng tỏ mối tương quan giữa cơ chất và lớp epitaxy. khiếm khuyết cơ chất và khiếm khuyết cấu trúc epiticular, có thể hướng dẫn sàng lọc cơ chất và tối ưu hóa quá trình epiticular một cách hiệu quả.
Những khiếm khuyết củalớp epiticular silic cacbuachủ yếu được chia thành hai loại: khuyết tật tinh thể và khuyết tật hình thái bề mặt. Các khuyết tật tinh thể, bao gồm khuyết tật điểm, trật khớp vít, khuyết tật vi ống, trật khớp cạnh, v.v., hầu hết bắt nguồn từ các khuyết tật trên chất nền SiC và khuếch tán vào lớp epitaxy. Các khuyết tật hình thái bề mặt có thể quan sát trực tiếp bằng mắt thường bằng kính hiển vi và có những đặc điểm hình thái điển hình. Các khuyết tật về hình thái bề mặt chủ yếu bao gồm: Vết xước, khuyết tật hình tam giác, khuyết tật cà rốt, sự sụp đổ và hạt, như trong Hình 4. Trong quá trình epiticular, các hạt lạ, khuyết tật cơ chất, hư hỏng bề mặt và độ lệch của quá trình epiticular đều có thể ảnh hưởng đến dòng chảy cục bộ chế độ tăng trưởng, dẫn đến khiếm khuyết hình thái bề mặt.
Bảng 1. Nguyên nhân hình thành các khuyết tật nền chung và các khuyết tật hình thái bề mặt trong lớp epitaxy SiC
Khuyết điểm
Khiếm khuyết điểm được hình thành bởi các chỗ trống hoặc khoảng trống tại một điểm mạng hoặc một số điểm mạng và chúng không có phần mở rộng về mặt không gian. Khiếm khuyết điểm có thể xảy ra trong mọi quy trình sản xuất, đặc biệt là trong quá trình cấy ion. Tuy nhiên, chúng rất khó phát hiện và mối quan hệ giữa sự biến đổi của khuyết điểm và các khuyết tật khác cũng khá phức tạp.
Ống vi mô (MP)
Micropipes là các trục vít rỗng truyền dọc theo trục tăng trưởng, với vectơ Burgers <0001>. Đường kính của microtubes dao động từ một phần micron đến hàng chục micron. Các ống siêu nhỏ thể hiện các đặc điểm bề mặt giống như hố lớn trên bề mặt tấm wafer SiC. Thông thường, mật độ của microtubes là khoảng 0,1 ~ 1cm-2 và tiếp tục giảm trong việc giám sát chất lượng sản xuất wafer thương mại.
Trật khớp vít (TSD) và trật khớp cạnh (TED)
Sự sai lệch trong SiC là nguyên nhân chính khiến thiết bị xuống cấp và hỏng hóc. Cả trật khớp vít (TSD) và trật khớp cạnh (TED) đều chạy dọc theo trục tăng trưởng, với vectơ Burgers lần lượt là <0001> và 1/3<11–20>.
Cả trật khớp vít (TSD) và trật khớp cạnh (TED) đều có thể kéo dài từ chất nền đến bề mặt wafer và mang lại các đặc điểm bề mặt giống như hố nhỏ (Hình 4b). Thông thường, mật độ trật khớp cạnh gấp khoảng 10 lần so với trật khớp trục vít. Sự trật khớp vít mở rộng, nghĩa là kéo dài từ lớp nền đến lớp biểu bì, cũng có thể biến thành các khuyết tật khác và lan truyền dọc theo trục tăng trưởng. Trong lúcepiticular SiCtăng trưởng, sự sai lệch trục vít được chuyển thành lỗi xếp chồng (SF) hoặc khuyết tật cà rốt, trong khi sự sai lệch cạnh trong lớp epilayer được chứng minh là được chuyển đổi từ sự sai lệch mặt phẳng cơ bản (BPD) được thừa hưởng từ chất nền trong quá trình tăng trưởng epiticular.
Trật khớp mặt phẳng cơ bản (BPD)
Nằm trên mặt phẳng cơ bản SiC, với vectơ Burgers là 1/3 <11–20>. BPD hiếm khi xuất hiện trên bề mặt tấm wafer SiC. Chúng thường tập trung trên nền có mật độ 1500 cm-2, trong khi mật độ của chúng ở lớp biểu bì chỉ khoảng 10 cm-2. Việc phát hiện BPD bằng phương pháp phát quang (PL) cho thấy các đặc điểm tuyến tính, như trong Hình 4c. Trong lúcepiticular SiCtăng trưởng, các BPD mở rộng có thể được chuyển thành lỗi xếp chồng (SF) hoặc trật khớp cạnh (TED).
Lỗi xếp chồng (SF)
Khiếm khuyết trong trình tự xếp chồng của mặt phẳng cơ sở SiC. Các lỗi xếp chồng có thể xuất hiện trong lớp epiticular bằng cách kế thừa SF trong chất nền hoặc liên quan đến sự mở rộng và biến đổi của trật khớp mặt phẳng cơ bản (BPD) và trật khớp vít ren (TSD). Nói chung, mật độ SF nhỏ hơn 1 cm-2 và chúng biểu hiện đặc điểm hình tam giác khi được phát hiện bằng PL, như trong Hình 4e. Tuy nhiên, nhiều loại lỗi xếp chồng khác nhau có thể được hình thành trong SiC, chẳng hạn như loại Shockley và loại Frank, bởi vì ngay cả một lượng nhỏ rối loạn năng lượng xếp chồng giữa các mặt phẳng cũng có thể dẫn đến sự bất thường đáng kể trong trình tự xếp chồng.
Sự sụp đổ
Khiếm khuyết rơi xuống chủ yếu bắt nguồn từ sự rơi hạt trên thành trên và thành bên của buồng phản ứng trong quá trình tăng trưởng, có thể được tối ưu hóa bằng cách tối ưu hóa quy trình bảo trì định kỳ của vật liệu tiêu hao than chì trong buồng phản ứng.
Khuyết tật hình tam giác
Nó là sự bao gồm nhiều kiểu 3C-SiC kéo dài đến bề mặt của lớp epilayer SiC dọc theo hướng mặt phẳng cơ bản, như trong Hình 4g. Nó có thể được tạo ra bởi các hạt rơi trên bề mặt của lớp biểu bì SiC trong quá trình tăng trưởng epiticular. Các hạt được nhúng vào lớp biểu bì và cản trở quá trình tăng trưởng, dẫn đến các thể vùi đa dạng 3C-SiC, thể hiện các đặc điểm bề mặt hình tam giác có góc nhọn với các hạt nằm ở các đỉnh của vùng hình tam giác. Nhiều nghiên cứu cũng cho rằng nguồn gốc của các thể vùi polytype là do vết xước bề mặt, các ống vi mô và các thông số không phù hợp của quá trình phát triển.
Khiếm khuyết cà rốt
Khiếm khuyết cà rốt là một phức hợp lỗi xếp chồng có hai đầu nằm ở mặt phẳng tinh thể cơ bản TSD và SF, được kết thúc bởi sự lệch vị trí kiểu Frank và kích thước của khuyết tật cà rốt có liên quan đến lỗi xếp chồng hình lăng trụ. Sự kết hợp của các đặc điểm này tạo thành hình thái bề mặt của khuyết tật cà rốt, trông giống hình củ cà rốt với mật độ nhỏ hơn 1 cm-2, như trong Hình 4f. Các khuyết tật cà rốt dễ dàng hình thành khi đánh bóng các vết xước, TSD hoặc các khuyết tật trên bề mặt.
Vết xước
Vết xước là những hư hỏng cơ học trên bề mặt tấm wafer SiC được hình thành trong quá trình sản xuất, như trong Hình 4h. Các vết xước trên đế SiC có thể cản trở sự phát triển của lớp biểu bì, tạo ra một hàng trật khớp mật độ cao bên trong lớp biểu bì hoặc các vết xước có thể trở thành cơ sở hình thành các khuyết tật của củ cà rốt. Do đó, điều quan trọng là phải đánh bóng tấm wafer SiC đúng cách vì những vết xước này có thể tác động đáng kể đến hiệu suất của thiết bị khi chúng xuất hiện trong khu vực hoạt động của thiết bị.
Các khuyết tật hình thái bề mặt khác
Nhóm bước là một khiếm khuyết bề mặt được hình thành trong quá trình tăng trưởng epiticular SiC, tạo ra các hình tam giác tù hoặc các đặc điểm hình thang trên bề mặt của lớp epilayer SiC. Có nhiều khuyết tật bề mặt khác, chẳng hạn như bề mặt rỗ, va đập và vết bẩn. Những khiếm khuyết này thường xảy ra do quá trình tăng trưởng không được tối ưu hóa và việc loại bỏ không hoàn toàn các hư hỏng do đánh bóng, ảnh hưởng xấu đến hiệu suất của thiết bị.
Thời gian đăng: Jun-05-2024