SiC生長(zhǎng)過(guò)程及各步驟造成的缺陷
眾所周知，提高 SiC 晶圓質(zhì)量對(duì)制造商來(lái)說(shuō)非常重要，因?yàn)樗苯記Q定了 SiC 器件的性能，從而決定了生產(chǎn)成本。然而，具有低缺陷密度的 SiC 晶圓的生長(zhǎng)仍然非常具有挑戰(zhàn)性。
SiC 晶圓制造的發(fā)展已經(jīng)完成了從 100 毫米（4 英寸）到 150 毫米（6 英寸）晶圓的艱難過(guò)渡，正在向8英寸邁進(jìn)。SiC需要在高溫環(huán)境下生長(zhǎng)，同時(shí)具有高剛性和化學(xué)穩(wěn)定性，這導(dǎo)致生長(zhǎng)的SiC晶片中晶體和表面缺陷的密度很高，導(dǎo)致襯底質(zhì)量和隨后制造的外延層質(zhì)量差 .
SiC 晶片中的缺陷通常分為兩大類(lèi)：
(1) 晶片內(nèi)的晶體缺陷
(2) 晶片表面處或附近的表面缺陷
正如我們熟知的那樣，晶體缺陷包括基面位錯(cuò) (BPD)、堆垛層錯(cuò) (SF)、螺紋刃位錯(cuò) (TED)、螺紋位錯(cuò) (TSD)、微管和晶界等。
SiC的外延層生長(zhǎng)參數(shù)對(duì)晶片的質(zhì)量非常關(guān)鍵。生長(zhǎng)過(guò)程中的晶體缺陷和污染可能會(huì)延伸到外延層和晶圓表面，形成各種表面缺陷，包括胡蘿卜缺陷、多型夾雜物、劃痕等，甚至?xí)催^(guò)來(lái)產(chǎn)生其他缺陷，導(dǎo)致對(duì)最終的SiC器件產(chǎn)生不利影響。
晶體缺陷
● 螺紋刃位錯(cuò) (TED) 和螺紋位錯(cuò) (TSD)
SiC 中的位錯(cuò)是電子器件劣化和故障的主要來(lái)源。螺紋位錯(cuò) (TSDs) 和螺紋刃位錯(cuò) (TEDs) 均沿 [0001] 生長(zhǎng)軸運(yùn)行，具有不同的 Burgers 矢量，分別為 <0001> 和 1/3<11-20>。
TSDs 和 TEDs 都可以從襯底延伸到晶片表面，并產(chǎn)生小的坑狀表面特征。通常，TED 的密度約為 8000–10,000 1/cm2，幾乎是 TSD 的 10 倍。
在 SiC 外延生長(zhǎng)過(guò)程中，TSD 從襯底延伸到外延層的擴(kuò)展 TSD 可能會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榛灼矫嫔系钠渌毕莶⒀厣L(zhǎng)軸傳播。
有研究表明，在SiC外延生長(zhǎng)過(guò)程中，TSD 轉(zhuǎn)化為基底平面上的堆垛層錯(cuò) (SF) 或胡蘿卜缺陷，而外延層中的 TED 被證明是由外延生長(zhǎng)過(guò)程中從基底上繼承的BPD轉(zhuǎn)化而來(lái)。
● 基面位錯(cuò) (BPD)
另一種類(lèi)型的位錯(cuò)是基面位錯(cuò)(BPD)，它位于SiC晶體的[0001]平面內(nèi)，Burgers矢量為1/3 11-20 。
BPDs很少出現(xiàn)在SiC晶片的表面。這些通常以1500 1/cm2的密度集中在襯底上，而它們?cè)谕庋訉又械拿芏葍H為約10 1/cm2。
據(jù)了解，BPD的密度隨著SiC襯底厚度的增加而降低。當(dāng)使用光致發(fā)光 (PL) 檢查時(shí)，BPD 顯示出線形特征。在 SiC 外延生長(zhǎng)過(guò)程中，擴(kuò)展的 BPD 可能會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)?SF 或 TED。
● 微管
在 SiC 中觀察到的常見(jiàn)位錯(cuò)是所謂的微管，它是沿 [0001] 生長(zhǎng)軸傳播的空心螺紋位錯(cuò)，具有較大的 Burgers 矢量 <0001> 分量。
微管的直徑范圍從幾分之一微米到幾十微米。微管在 SiC 晶片表面顯示出大的坑狀表面特征。
從微管發(fā)出的螺旋，表現(xiàn)為螺旋位錯(cuò)。通常，微管的密度約為 0.1–1 1/cm2，并且在商業(yè)晶片中持續(xù)下降。
● 堆垛層錯(cuò) (SFs)
堆垛層錯(cuò) (SFs) 是 SiC 基底平面中堆垛順序混亂的缺陷。SFs可能通過(guò)繼承襯底中的SFs而出現(xiàn)在外延層內(nèi)部，或者與擴(kuò)展BPDs和擴(kuò)展TSDs的變換有關(guān)。
通常，SF 的密度低于每平方厘米 1 個(gè)，并且通過(guò)使用 PL 檢測(cè)顯示出三角形特征，如圖 3e 所示。然而，在 SiC 中可以形成各種類(lèi)型的 SFs，例如 Shockley 型 SFs 和 Frank 型 SFs 等，因?yàn)榫嬷g只要有少量的堆疊能量無(wú)序可能導(dǎo)致堆疊順序的相當(dāng)大的不規(guī)則性。
● 點(diǎn)缺陷
點(diǎn)缺陷是由單個(gè)晶格點(diǎn)或幾個(gè)晶格點(diǎn)的空位或間隙形成的，它沒(méi)有空間擴(kuò)展。點(diǎn)缺陷可能發(fā)生在每個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，特別是在離子注入中。然而，它們很難被檢測(cè)到，并且點(diǎn)缺陷與其他缺陷的轉(zhuǎn)換之間的相互關(guān)系也是相當(dāng)?shù)膹?fù)雜。
● 其他晶體缺陷
除了上述各小節(jié)所述的缺陷外，還存在一些其他類(lèi)型的缺陷。晶界是兩種不同的 SiC 晶體類(lèi)型在相交時(shí)晶格失配引起的明顯邊界。六邊形空洞是一種晶體缺陷，在 SiC 晶片內(nèi)有一個(gè)六邊形空腔，它已被證明是導(dǎo)致高壓 SiC 器件失效的微管缺陷的來(lái)源之一。顆粒夾雜物是由生長(zhǎng)過(guò)程中下落的顆粒引起的，通過(guò)適當(dāng)?shù)那鍧?、仔?xì)的泵送操作和氣流程序的控制，它們的密度可以大大降低。
表面缺陷
● 胡蘿卜缺陷
通常，表面缺陷是由擴(kuò)展的晶體缺陷和污染形成的。胡蘿卜缺陷是一種堆垛層錯(cuò)復(fù)合體，其長(zhǎng)度表示兩端的TSD和SFs在基底平面上的位置?；讛鄬右訤rank部分位錯(cuò)終止，胡蘿卜缺陷的大小與棱柱形層錯(cuò)有關(guān)。這些特征的組合形成了胡蘿卜缺陷的表面形貌，其外觀類(lèi)似于胡蘿卜的形狀，密度小于每平方厘米1個(gè)。胡蘿卜缺陷很容易在拋光劃痕、TSD 或基材缺陷處形成。
● 多型夾雜物
多型夾雜物，通常稱(chēng)為三角形缺陷，是一種3C-SiC多型夾雜物，沿基底平面方向延伸至SiC外延層表面。
它可能是由外延生長(zhǎng)過(guò)程中 SiC 外延層表面上的下墜顆粒產(chǎn)生的。顆粒嵌入外延層并干擾生長(zhǎng)過(guò)程，產(chǎn)生了 3C-SiC 多型夾雜物，該夾雜物顯示出銳角三角形表面特征，顆粒位于三角形區(qū)域的頂點(diǎn)。
許多研究還將多型夾雜物的起源歸因于表面劃痕、微管和生長(zhǎng)過(guò)程的不當(dāng)參數(shù)。
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