Sic外延层常见缺陷及形成原因

缺陷研究是解决我国半导体芯片领域“卡脖子”问题的核心问题，也是最基础的问题，半导体缺陷控制是半导体材料和器件提升的关键所在。缺陷控制研究包含：材料生长与缺陷控制、缺陷的理论及计算方法、缺陷的表征和分析、缺陷分析技术和设备。本文浅谈下SiC同质外延的缺陷控制。

成都超迈SiC 外延材料生长的核心技术首先是缺陷控制技术，特别是对于易导致器件失效或者引起可靠性退化的缺陷控制技术。外延生长过程中衬底缺陷延伸进入外延层的机理、衬底及外延层界面处的缺陷转移转化规律、缺陷成核机制等方面的研究是明确衬底缺陷和外延结构缺陷之间相关性的基础，能够有效指导衬底筛选以及外延工艺优化。

碳化硅外延层的缺陷主要分为两大类：晶体缺陷和表面形貌缺陷。晶体缺陷，包括点缺陷、螺位错、微管缺陷、刃位错等，大多来源于SiC衬底的缺陷扩散至外延层。表面形貌缺陷借助显微镜可通过肉眼直接观察，具有典型的形貌特征。表面形貌缺陷主要包括：划痕（Scratch）、三角形缺陷 （Triangular defect） 、胡 萝 卜 缺 陷（Carrot defect） 、掉落物（Downfall）以及颗粒（Particle） 等 ，如 图 4 所 示 。在 外 延 过 程 中 ，外 来 颗 粒 异 物 、 衬底缺陷和表面损伤以及外延工艺偏差均可能影响局部台阶流生长模式 ，从而产生表面形貌缺陷。

一、点缺陷（Point defect）

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。

二、微管（MP）

成都超迈微管是沿着生长轴传播的空心螺位错，Burgers矢量<0001>。微管的直径范围从几分之一微米到几十微米。微管在SiC晶圆表面显示出大的坑状表面特征。通常，微管的密度约为0.1~1cm-2，并且在商业化晶圆生产质量监控中持续下降。

三、螺位错（TSD）和刃位错（TED）

SiC中的位错是器件劣化和失效的主要来源。螺位错（TSD）和刃位错（TED）都沿生长轴运行，Burgers矢量分别为<0001>和1/3<11–20>。

成都超迈螺位错（TSD）和刃位错（TED）都可以从衬底延伸到晶圆表面，并带来小的凹坑状表面特征（图4b）。通常，刃位错的密度约是螺位错的10倍。扩展的螺位错，即从衬底延伸到外延层，也可能转化为其他缺陷，并沿生长轴传播。在SiC外延生长过程中，螺位错被转化为堆垛层错（SF）或胡萝卜（Carrot）缺陷，而外延层中的刃位错则被证明是在外延生长过程中从衬底继承的基晶面位错（BPD）转化而来的。

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