引言

由于其优异的物理特性，宽禁带半导体材料碳化硅(SiC)是电力电子器件的理想候选材料，与硅相比，它能够实现更快的开关速度、更低的漏电流和更高的击穿电压。

缓冲层(BL)的形成是化学气相沉积(CVD)工艺中的一个关键步骤，其目的是抑制衬底缺陷（例如位错、颗粒或污点），以提高生长外延层的晶体质量。实际上，许多缺陷都可能对电力器件造成严重损害，因为它们会增加漏电流，改变电流-电压关系并降低器件可靠性。除了掺杂或生长速率等其他参数[8]外，优化BL厚度有助于提高SiC外延中的晶体质量。

为了优化外延生长条件，我们研究了增加缓冲层厚度对形态缺陷和晶体缺陷的影响。这项研究是在来自两个不同供应商的n型掺杂8英寸4H-SiC衬底上进行的。

实验方法

生长：在来自两个不同供应商（此处分别表示为A和B）的具有4°偏离(112̅0)面的(0001)Si面的200mm 4H-SiC衬底上，生长n型掺杂的SiC外延层。生长实验在一个基于三氯硅烷(SiHCl3)-乙烯(C2H4)化学的商用低压热壁单片CVD反应器中进行，使用氮基掺杂剂和氢气作为载气。外延步骤在约1650°C的温度下进行，C/Si比约为1。缓冲层的掺杂浓度约为10¹⁸ at/cm³，而外延层的掺杂浓度约为10¹⁶ at/cm³。所有衬底都具有超低微管密度，在Si面上进行了外延就绪抛光并在生长前进行了新鲜清洗。

研究了两种BL厚度：所谓的薄BL样品采用用于商业用途的标准厚度进行生长，而厚BL样品则通过将BL沉积时间加倍（从而增加BL厚度）来生长，同时保持所有其他生长参数不变。实验的进行确保了每个薄BL与厚BL晶片对能够进行比较，它们来自具有可比晶体质量的密切相关的衬底，并在连续的CVD运行中生长。

表征：缺陷表征主要使用KLA-Tencor的Candela®工具进行。该工具基于不同激光入射角的散射光方法，并配备光致发光通道，能够以高空间分辨率和灵敏度监测晶体缺陷和形态缺陷。图1给出了Candela检测到的典型外延后缺陷的示例，其特征尺寸在括号内报告。

通过使用KLA Altair®工具的明场光学显微镜进一步监测晶片缺陷。该方法仅对形态缺陷敏感，可以验证基于Candela检测进行的晶体缺陷和形态缺陷之间的区分。

分别通过FT-IR和Hg探针电容电压法进行了厚度和掺杂浓度分布的控制测量（数据未显示）。在厚度或掺杂分布与BL厚度或观察到的缺陷模式之间没有观察到相关性。

结果

明场光学显微镜 (KLA Altair®)：例如，图2左图显示了来自同一供应商的两个样品对（薄BL与厚BL）的形态（Altair）缺陷分布图，这些样品对来自具有可比晶体质量的密切相关的衬底，在连续的CVD运行中生长。图2右图显示了来自两个供应商的薄BL与厚BL外延的形态缺陷晶粒百分比趋势。在所有情况下，厚BL样品的晶片缺陷率都高于薄BL样品。

散射光法 (KLA Candela®)：图3举例说明了来自两个衬底供应商的两个薄BL/厚BL晶片对的Candela检测结果（上图：供应商A；下图：供应商B）。对于每一对，图像显示了两个晶片的缺陷分布图，以及每个缺陷类型的相对缺陷计数。图4中的图表报告了在来自供应商A（5个样品对）的薄BL（橙色）与厚BL（蓝色）晶片对中观察到的平均缺陷计数，按缺陷类型排序。

缺陷类型进一步分为形态缺陷（通过散射光检测）和晶体缺陷（通过光致发光检测）。尽管统计数据有限（5个晶片对），但结果似乎表明，与标准值相比，在厚BL的情况下，表面形态缺陷有所增加。在所有晶片对的所有缺陷类型中都观察到了这种趋势，除了表面三角形（见图4），在表面三角形中，两种BL厚度的平均值相当。对于晶体缺陷，观察到的趋势是可变的。

结论

在本研究中，为了优化n型掺杂200mm 4H-SiC衬底上的外延生长条件，我们研究了增加缓冲层厚度对漂移层晶体质量的影响，包括形态缺陷和晶体缺陷。这项研究是在来自两个不同供应商（A和B）的衬底上进行的。

这项研究是目前仍在进行的关于200mm外延的大型评估活动的一部分。虽然是初步结果，但我们的结果表明晶体质量与缓冲层厚度有关，这在重复实验的两个供应商中都观察到。特别是，数据显示，与标准厚度相比，在较厚的BL情况下，形态缺陷有所增加，这从光学显微镜（Altair）和散射光（Candela）测量中都可以看出。由于晶体质量更好（这也意味着缺陷变化较小），因此在供应商A中这种趋势更为明显。

本文素材来源于网络，版权归作者所有，如有侵权，请联系小编删除