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。

4HN-SiC包裹物在薄层同质外延中的转化

对4HN型碳化硅(4HN-SiC)包裹物进行了系统的研究,首次提出了包裹物分布的碳氮竞位模型,并对各种包裹物的起源及抑制改善提出了有效的解决方法。同时研究了4HN型SiC包裹物在薄层同质外延过程中的转化,发现外延后包裹物主要转化为三角形、凸起和凹坑三种表面缺陷。对比外延前后缺陷形貌发现,包裹物外延后呈现的表面缺陷类型主要取决于包裹物的大小和聚集密度。在工艺优化过程中,发现低碳硅比环境下来源于包裹物的表面"杀手级"缺陷数量明显降低。这是由于随着碳硅比的降低,外延过程中台阶流生长占主导,减少了岛状成核点。通过对生长单晶抛光片和外延片工艺的优化,制备出外延后无包裹物导致的表面"杀手级"缺陷的高质量4HN-SiC外延片,其合格率达到99.3%。