SiC生长过程及各步骤造成的缺陷

发布时间:2024-01-23  

众所周知,提高 质量对制造商来说非常重要,因为它直接决定了 器件的性能,从而决定了生产成本。然而,具有低缺陷密度的 的生长仍然非常具有挑战性。

本文引用地址:

SiC 制造的发展已经完成了从100毫米(4英寸)到150毫米(6英寸)晶圆的艰难过渡,正在向8英寸迈进。SiC 需要在高温环境下生长,同时具有高刚性和化学稳定性,这导致生长的 SiC 晶片中晶体和表面缺陷的密度很高,导致衬底质量和随后制造的外延层质量差 。

16669399136392b2fb0cd465e8d53.png

本篇文章主要总结了 SiC 生长过程及各步骤造成的缺陷。

SiC 晶片中的缺陷通常分为两大类:

· 晶片内的晶体缺陷

· 晶片表面处或附近的表面缺陷

正如我们熟知的那样,晶体缺陷包括基面位错 (BPD)、堆垛层错 (SF)、螺纹刃位错 (TED)、螺纹位错 (TSD)、微管和晶界等。

SiC 的外延层生长参数对晶片的质量非常关键。生长过程中的晶体缺陷和污染可能会延伸到外延层和晶圆表面,形成各种表面缺陷,包括胡萝卜缺陷、多型夹杂物、划痕等,甚至会反过来产生其他缺陷,导致对最终的 SiC 器件产生不利影响。

25e36510-c2cb-4640-a6d2-fa40c050e98b.jpg

SiC晶圆中出现的各种缺陷。(a)碳化硅缺陷的横截面示意图和(b)TEDs和TSDs、(c)BPDs、(d)微管、(e)SFs、(f)胡萝卜缺陷、(g)多型夹杂物、(h)划痕的图像

晶体缺陷

● 螺纹刃位错 (TED) 和螺纹位错 (TSD)

SiC 中的位错是电子器件劣化和故障的主要来源。螺纹位错 (TSDs) 和螺纹刃位错 (TEDs) 均沿 [0001] 生长轴运行,具有不同的 Burgers 矢量,分别为 <0001> 和 1/3<11-20>。

TSDs 和 TEDs 都可以从衬底延伸到晶片表面,并产生小的坑状表面特征。通常,TED 的密度约为 8000–10,000 1/cm2,几乎是 TSD 的 10 倍。

在 SiC 外延生长过程中,TSD 从衬底延伸到外延层的扩展 TSD 可能会转变为基底平面上的其他缺陷并沿生长轴传播。

有研究表明,在 SiC 外延生长过程中,TSD 转化为基底平面上的堆垛层错 (SF) 或胡萝卜缺陷,而外延层中的 TED 被证明是由外延生长过程中从基底上继承的 BPD 转化而来。

● 基面位错 (BPD)

另一种类型的位错是基面位错 (BPD),它位于 SiC 晶体的 [0001] 平面内,Burgers 矢量为1/3 11-20 。

BPDs 很少出现在 SiC 晶片的表面。这些通常以 1500 1/cm2 的密度集中在衬底上,而它们在外延层中的密度仅为约 10 1/cm2。

据了解,BPD的密度随着SiC衬底厚度的增加而降低。当使用光致发光 (PL) 检查时,BPD 显示出线形特征。在 SiC 外延生长过程中,扩展的 BPD 可能会转变为 SF 或 TED。

● 微管

在 SiC 中观察到的常见位错是所谓的微管,它是沿 [0001] 生长轴传播的空心螺纹位错,具有较大的 Burgers 矢量 <0001> 分量。

微管的直径范围从几分之一微米到几十微米。微管在 SiC 晶片表面显示出大的坑状表面特征。

从微管发出的螺旋,表现为螺旋位错。通常,微管的密度约为 0.1–1 1/cm2,并且在商业晶片中持续下降。

● 堆垛层错 (SFs)

堆垛层错 (SFs) 是 SiC 基底平面中堆垛顺序混乱的缺陷。SFs可能通过继承衬底中的SFs而出现在外延层内部,或者与扩展BPDs和扩展TSDs的变换有关。

通常,SF 的密度低于每平方厘米 1 个,并且通过使用 PL 检测显示出三角形特征。然而,在 SiC 中可以形成各种类型的 SFs,例如 Shockley 型 SFs 和 Frank 型 SFs 等,因为晶面之间只要有少量的堆叠能量无序可能导致堆叠顺序的相当大的不规则性。

● 点缺陷

点缺陷是由单个晶格点或几个晶格点的空位或间隙形成的,它没有空间扩展。点缺陷可能发生在每个生产过程中,特别是在离子注入中。然而,它们很难被检测到,并且点缺陷与其他缺陷的转换之间的相互关系也是相当的复杂。

● 其他晶体缺陷

除了上述各小节所述的缺陷外,还存在一些其他类型的缺陷。晶界是两种不同的 SiC 晶体类型在相交时晶格失配引起的明显边界。六边形空洞是一种晶体缺陷,在 SiC 晶片内有一个六边形空腔,它已被证明是导致高压 SiC 器件失效的微管缺陷的来源之一。颗粒夹杂物是由生长过程中下落的颗粒引起的,通过适当的清洁、仔细的泵送操作和气流程序的控制,它们的密度可以大大降低。

表面缺陷

● 胡萝卜缺陷

通常,表面缺陷是由扩展的晶体缺陷和污染形成的。胡萝卜缺陷是一种堆垛层错复合体,其长度表示两端的 TSD 和 SFs 在基底平面上的位置。基底断层以 Frank 部分位错终止,胡萝卜缺陷的大小与棱柱形层错有关。这些特征的组合形成了胡萝卜缺陷的表面形貌,其外观类似于胡萝卜的形状,密度小于每平方厘米 1 个。胡萝卜缺陷很容易在抛光划痕、TSD 或基材缺陷处形成。

● 多型夹杂物

多型夹杂物,通常称为三角形缺陷,是一种 3C-SiC 多型夹杂物,沿基底平面方向延伸至SiC外延层表面。

它可能是由外延生长过程中 SiC 外延层表面上的下坠颗粒产生的。颗粒嵌入外延层并干扰生长过程,产生了 3C-SiC 多型夹杂物,该夹杂物显示出锐角三角形表面特征,颗粒位于三角形区域的顶点。

许多研究还将多型夹杂物的起源归因于表面划痕、微管和生长过程的不当参数。

● 划痕

划痕是在生产过程中形成的 SiC 晶片表面的机械损伤。裸 SiC 衬底上的划痕可能会干扰外延层的生长,在外延层内产生一排高密度位错,称为划痕,或者划痕可能成为胡萝卜缺陷形成的基础。因此,正确抛光 SiC 晶圆至关重要,因为当这些划痕出现在器件的有源区时,会对器件性能产生重大影响。

● 其他表面缺陷

台阶聚束是 SiC 外延生长过程中形成的表面缺陷,在 SiC 外延层表面产生钝角三角形或梯形特征。还有许多其他的表面缺陷,如表面凹坑、凹凸和污点。这些缺陷通常是由未优化的生长工艺和不完全去除抛光损伤造成的,从而对器件性能造成重大不利影响。

文章来源于:电子产品世界    原文链接
本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的,且明确注明来源,不希望被转载的媒体或个人可与我们联系,我们将立即进行删除处理。

相关文章

    问题的办法是以正确的方向和适当的力量施加压力。 之前,一些研究人员认为枝晶是由纯电化学过程而非是机械过程形成的,但该团队的实验表明,导致问题的是机械应力。 电池枝晶的形成过程通常发生在不透明材料的深处,无法直接观察到,因此......
    、电流互感器过热一般有以下原因: 1、因内、外接头松动,一次过负荷或二次开路造成过热。 2、因铁芯或零件松动,电场屏蔽不当,二次开路或电位悬浮,末屏开路及绝缘损坏造成过热。 二、电压......
    激光的拉曼光谱源组成复合型拉曼。成功的对具有低介电率特性的SiOCH薄膜形成过程和具有较高遗传率的二氧化钛(TiO2)薄膜形成过程进行实时监测并对薄膜物性进行实时分析。 首席研究员许勋表示:“为了确认开发的系统的可重复性......
    发生相变,而使电池温度迅速阵低。 (典型风冷叠加相变散热系统结构) 此过程是系统把热量以相变热的形式储存在 PCM中。在电池进行充电的时候,特别是在比较冷的天气环境下(亦即......
    Cluster提供应用功能,其名称及其主要功能分别为: lCecl:输出一路方波 lAHB:产生一个三角波 或 正弦波 其中AHB Cluster可以通过刷新的形式进行波形切换,且刷新过程......
    织等优点而受到研究者的广泛关注。然而,现存的纤维型电子器件制备仍存在一些限制,比如在长期使用过程中容易受到外部环境的影响而导致设备故障的概率增加。 基于此,北京科技大学研究团队开发出一种基于丝素蛋白的可拉伸、可降解且具有可修复性......
    器的职能是将刺激的物理化学特性转变为神经冲动;神经通道负责传导神经冲动,并在传输过程的不同阶段得到有选择的加工;感觉经验的形成是在大脑皮层感觉中枢,感觉......
    科学家开发出可逆转辐射损伤影响的自修复太阳能电池板;澳大利亚悉尼大学的科学家们开发出了一种具有自我修复功能的太阳能电池板,可大幅延长轨道卫星的寿命。这种太阳能电池板采用的是一种钙钛矿,由于......
    在不到一分钟的时间内即可完成处理,而与目前流行的技术相比,机器学习模型能够以更快的速度、更低的强度和更高的可重复性完成即时眼图生成过程。这一突破性成果利用了创新技术以及定制化的机器学习算法,其潜......
    到一分钟的时间内即可完成处理,而与目前流行的技术相比,模型能够以更快的速度、更低的强度和更高的可重复性完成即时眼图生成过程。这一突破性成果利用了创新技术以及定制化的机器学习算法,其潜在应用范围十分广泛,包括数据中心改进、收发......

我们与500+贴片厂合作,完美满足客户的定制需求。为品牌提供定制化的推广方案、专属产品特色页,多渠道推广,SEM/SEO精准营销以及与公众号的联合推广...详细>>

利用葫芦芯平台的卓越技术服务和新产品推广能力,原厂代理能轻松打入消费物联网(IOT)、信息与通信(ICT)、汽车及新能源汽车、工业自动化及工业物联网、装备及功率电子...详细>>

充分利用其强大的电子元器件采购流量,创新性地为这些物料提供了一个全新的窗口。我们的高效数字营销技术,不仅可以助你轻松识别与连接到需求方,更能够极大地提高“闲置物料”的处理能力,通过葫芦芯平台...详细>>

我们的目标很明确:构建一个全方位的半导体产业生态系统。成为一家全球领先的半导体互联网生态公司。目前,我们已成功打造了智能汽车、智能家居、大健康医疗、机器人和材料等五大生态领域。更为重要的是...详细>>

我们深知加工与定制类服务商的价值和重要性,因此,我们倾力为您提供最顶尖的营销资源。在我们的平台上,您可以直接接触到100万的研发工程师和采购工程师,以及10万的活跃客户群体...详细>>

凭借我们强大的专业流量和尖端的互联网数字营销技术,我们承诺为原厂提供免费的产品资料推广服务。无论是最新的资讯、技术动态还是创新产品,都可以通过我们的平台迅速传达给目标客户...详细>>

我们不止于将线索转化为潜在客户。葫芦芯平台致力于形成业务闭环,从引流、宣传到最终销售,全程跟进,确保每一个potential lead都得到妥善处理,从而大幅提高转化率。不仅如此...详细>>