采用化學(xué)氣相沉積法在4°偏角4H-SiC襯底上進(jìn)行同質(zhì)外延生長(zhǎng),并使用500℃熔融KOH對(duì)SiC襯底及外延片進(jìn)行腐蝕。采用同步加速X射線衍射儀和光學(xué)顯微鏡對(duì)外延前后基面位錯(cuò)（BPD）形貌進(jìn)行系統(tǒng)表征,分析了基面位錯(cuò)向刃位錯(cuò)轉(zhuǎn)化的過程。外延生長(zhǎng)過程中同時(shí)存在臺(tái)階流生長(zhǎng)和側(cè)向生長(zhǎng)（即垂直于臺(tái)階方向）兩種模式,當(dāng)側(cè)向生長(zhǎng)模式占主導(dǎo)時(shí),能夠有效地抑制基面位錯(cuò)向外延層的延伸;當(dāng)臺(tái)階流生長(zhǎng)模式占主導(dǎo)時(shí),基面位錯(cuò)延伸至外延層。結(jié)果表明,隨著碳硅比增加,外延層基面位錯(cuò)密度能夠降低至0.05 cm^-2,這是由于側(cè)向生長(zhǎng)增強(qiáng)導(dǎo)致的。通過優(yōu)化碳硅比,能夠制備出高質(zhì)量的4H-SiC同質(zhì)外延片,其基面位錯(cuò)密度和表面缺陷密度分別為0.09和0.12 cm^-2。 

【文章來源】：微納電子技術(shù). 2020,57(03)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

光學(xué)顯微鏡下4H-SiC襯底和外延片500℃熔融KOH腐蝕后的BPD形貌

基于上述分析，控制外延生長(zhǎng)模式能夠有效降低外延層中的BPD密度。在外延生長(zhǎng)過程中，碳和硅為生長(zhǎng)反應(yīng)源，所以優(yōu)化碳硅比能夠有效地控制外延生長(zhǎng)模式。為了證明BPD轉(zhuǎn)化的影響因素，研究了不同碳硅比對(duì)外延層BPD密度的影響，測(cè)試結(jié)果如表1所示。從表1中可以看出，隨著碳硅比增加，外延層BPD密度由3.34 cm-2降低至0.05 cm-2；而外延層表面缺陷密度呈現(xiàn)出先降低后增加的趨勢(shì)，碳硅比為0.9時(shí)，表面缺陷密度最小為0.12 cm-2。高的碳硅比下，側(cè)向生長(zhǎng)增強(qiáng)使BPD在沿基面延伸過程中轉(zhuǎn)化為TED，從而降低外延層BPD密度；但隨著側(cè)向生長(zhǎng)加劇，生長(zhǎng)界面處易形成二維島狀成核，導(dǎo)致表面缺陷密度增加。圖4為碳硅比0.9時(shí)4H-SiC外延片的表面缺陷分布。當(dāng)碳硅比為0.9時(shí)，能夠制備出高質(zhì)量4H-SiC外延片，其外延層表面缺陷密度和BPD密度分別為0.12和0.09 cm-2。3 結(jié)論

圖3為BPD分解示意圖和轉(zhuǎn)化為TED的演變過程。BPD能夠分解為兩條不全位錯(cuò)，且兩條不全位錯(cuò)中間會(huì)形成一個(gè)肖特萊型堆垛層錯(cuò)與其相連[11]，其分解的示意圖如圖3(a）所示。研究發(fā)現(xiàn)，BPD轉(zhuǎn)化為TED后兩條不全位錯(cuò)將發(fā)生閉合。圖3(b）為BPD向TED的演變過程。眾所周知，在外延生長(zhǎng)過程中存在臺(tái)階流（即沿著臺(tái)階方向）生長(zhǎng)和側(cè)向（即垂直于臺(tái)階方向）生長(zhǎng)[3]兩種生長(zhǎng)模式。臺(tái)階流生長(zhǎng)模式為襯底晶型向外延層的復(fù)制；側(cè)向生長(zhǎng)模式則更容易形成二維島狀成核，從而導(dǎo)致表面缺陷增加。當(dāng)臺(tái)階流生長(zhǎng)模式占主導(dǎo)地位時(shí)，兩邊的不全位錯(cuò)將不會(huì)發(fā)生閉合，沿著基面延伸至外延層中；當(dāng)側(cè)向生長(zhǎng)模式占主導(dǎo)地位時(shí)，兩邊的不全位錯(cuò)在沿基面?zhèn)鞑ミ^程中受到阻礙，逐漸接近并發(fā)生閉合，BPD方向發(fā)生改變垂直于基面，轉(zhuǎn)化為TED�；谏鲜龇治�，控制外延生長(zhǎng)模式能夠有效降低外延層中的BPD密度。在外延生長(zhǎng)過程中，碳和硅為生長(zhǎng)反應(yīng)源，所以優(yōu)化碳硅比能夠有效地控制外延生長(zhǎng)模式。為了證明BPD轉(zhuǎn)化的影響因素，研究了不同碳硅比對(duì)外延層BPD密度的影響，測(cè)試結(jié)果如表1所示。從表1中可以看出，隨著碳硅比增加，外延層BPD密度由3.34 cm-2降低至0.05 cm-2；而外延層表面缺陷密度呈現(xiàn)出先降低后增加的趨勢(shì)，碳硅比為0.9時(shí)，表面缺陷密度最小為0.12 cm-2。高的碳硅比下，側(cè)向生長(zhǎng)增強(qiáng)使BPD在沿基面延伸過程中轉(zhuǎn)化為TED，從而降低外延層BPD密度；但隨著側(cè)向生長(zhǎng)加劇，生長(zhǎng)界面處易形成二維島狀成核，導(dǎo)致表面缺陷密度增加。圖4為碳硅比0.9時(shí)4H-SiC外延片的表面缺陷分布。當(dāng)碳硅比為0.9時(shí)，能夠制備出高質(zhì)量4H-SiC外延片，其外延層表面缺陷密度和BPD密度分別為0.12和0.09 cm-2。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]生長(zhǎng)溫度對(duì)4HN-SiC同質(zhì)外延層表面缺陷的影響[J]. 趙麗霞,張國(guó)良.  微納電子技術(shù). 2019(05)



本文編號(hào)：3284346