偏4°4H-SiC同质外延层上新形貌三角形缺陷研究

利用水平热壁CVD方法,基于SiH4-C3H8-H2生长系统在n型4H-SiC偏4°衬底上进行同质外延生长。通过Nomarski光学显微镜、激光共聚焦显微镜和拉曼散射光谱(Raman),对外延层中的新形貌三角形缺陷——顶端有倒金字塔结构的三角形缺陷(IPRTD)的表面形貌、结构进行了表征,并根据表征结果提出了该新形貌三角形缺陷的产生机理。研究结果表明,IPRTD由3C-SiC晶型构成;在外延生长中,位于IPRTD生长方向上游的位错缺陷所引起的表面吸附原子的2D成核生长是导致3C-SiC晶型出现的主要原因。同时,外延生长过程中,生长速率和氢气刻蚀作用在[112-0]和[11-00]/[1-100]方向上的差异是导致IPRTD顶端具有倒金字塔结构的主要原因。

基于MOCVD的4H-SiC同质外延缺陷控制方法分析

阐述4H-SiC同质外延生长过程中出现的三角形缺陷。基于三角形缺陷的成核原理,对外延层结构和生长参数进行改进,从而在4H-SiC衬底与外延之间横向生长一层高质量的缓冲层。

生长温度对4HN-SiC同质外延层表面缺陷的影响

采用化学气相沉积(CVD)的方法在直径100 mm4°偏角衬底上生长4HN-SiC同质外延片,研究工艺生长温度对外延层表面缺陷的影响,并使用金相显微镜、表面缺陷测试设备、汞探针和红外膜厚仪进行分析和表征。结果表明,工艺生长温度由1 550℃增加到1 620℃,外延层表面的三角形缺陷密度可降低至0.39 cm^(-2);但随着工艺生长温度的增加,导致外延层边缘的台阶聚集数量和长度也急剧增加。在高生长温度下,外延层表面三角缺陷减少以及边缘台阶聚集增加的原因为:一是衬底表面原子迁移率的增加,减少了衬底表面2D生长;二是硅原子的气相成核受到抑制;三是〈1100〉和〈1120〉方向横向生长速率的差异加剧。综上结果,采用1 550℃生长工艺可在高生长速率下制备厚度均匀性和掺杂浓度均匀性分别为1.44%和1.92%的高质量4HN-SiC同质外延片。

SiC同质外延材料表面形貌缺陷研究

本文针对SiC同质外延材料中的表面形貌缺陷展开研究,使用共聚焦表面缺陷分析仪对外延材料表面缺陷进行表征测试和统计。根据三角形缺陷的结构和形貌特征,分析三角形缺陷的产生机制和延伸模型,系统研究了刻蚀气体HCl流量对SiC外延材料表面三角形缺陷的影响,结果表明刻蚀气体流量和时间对三角形缺陷影响明显,在HCl流量为100mL/min时,4英寸SiC外延材料表面三角形缺陷密度最低,达到0.85/cm^(2)。结合KOH腐蚀工艺,研究胡萝卜位错的产生机理,通过优化SiC外延生长速率,实现SiC外延材料胡萝卜缺陷密度有效降低至0.2/cm^(2)以下。