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5-4-5結晶転位欠陥

5.炭化ケイ素技術

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5-4-5結晶転位欠陥

2018-01-08

表5.2に、現在市販されている4時間および6時間のウェーハおよびエピ層に見られる主な既知の転位欠陥を要約する。デバイスの活性領域がエピ層に存在するので、エピ層欠陥の内容は、デバイスの性能に最も重要であることは明らかである。しかしながら、表5.2から明らかなように、ほとんどのエピ層欠陥は、エピ層堆積の前に下地基板に見られる転位に由来する。これらの欠陥のうちの特定のデバイスへの電気的影響に関する詳細は、5.6節で後述します。


マイクロパイプ欠陥は、最も顕著で有害な「デバイス・キラー」欠陥であると見なされている。マイクロパイプは、中空のコア(直径がマイクロメータのオーダーの直径)を有する軸方向のねじ転位であり、研磨されたc軸ウェーハ表面に垂直な結晶学的c軸にほぼ平行である。これらの欠陥は、X線トポグラフィーまたは光学クロス偏光子を使用して観察することができる周囲の結晶にかなりの局部歪みを与える。 10年の間に、材料供給業者による実質的な努力は、マイクロウェーブマイクロパイプの密度をほぼ100倍に減少させることに成功し、マイクロパイプを全く含まないいくつかのシックブールが実証された。さらに、(中空コアの軸方向転位を複数の閉じたコア転位に効果的に解離する)基体マイクロパイプを閉鎖するためのエピタキシャル成長技術が開発されている。しかし、このアプローチは、高電界で動作する商用電源デバイスに対する厳しい電子信頼性要件をまだ満たしていない。


マイクロパイプの「デバイスキラー」欠陥はほとんどなくなったにもかかわらず、市販の4時間および6時間ウェハおよびエピレイヤは依然として非常に高い密度(\u003e 10,000 、表5.2にまとめられている)。これらの残りの転位は現在、材料のベンダー仕様書には記載されていないが、いくつかの(特に高電界の)電子デバイスの再現性および商品化を妨げている様々な不利なデバイス挙動の原因であると考えられている。閉鎖コア軸方向のねじ転位欠陥は、コアが中空ボイドの代わりに固体であるように、それらのハンバーガーベクトルがより小さいことを除いて、マイクロパイプと構造および歪み特性において類似している。表5.2に示すように、基底面転位欠陥や貫通転位欠陥も市販のウェハでは豊富である。


後でセクション5.6.4.1.2で論じるように、基底面転位欠陥から開始された積層欠陥の膨張によって引き起こされる4h-電気デバイスの劣化は、バイポーラパワーデバイスの商品化を妨げている。ドーピングされた4hエピエピ層が適度な(〜1150℃)熱酸化処理を受けた場合にも同様の積層欠陥の拡大が報告されている。近年、基底面転位を貫通転位に変換するエピタキシャル成長技術が報告されており、高耐圧フィールドデバイスの性能と信頼性に及ぼす貫通転位の電気的影響は完全に把握されていない。現代の商業用エピ層には依然として、人為的なデバイス処理および性能に影響を及ぼす「ニンジンの欠陥」などの望ましくない表面形態学的特徴が含まれていることに留意することも重要である。


エキサイティングな初期ブレークスルーでは、日本のチームの研究者は、直径3インチまでのプロトタイプの4hシリコンウェーハで転位密度の100倍の減少を達成したことを2004年に報告しました。このような「複数のa面」成長技術によってもたらされるこのような大幅に改善されたシリコンウェーハ品質は、電子(特に高電力)デバイス機能に非常に有益であることが証明されるはずであるが、したがって高価な)成長プロセスは、商業的に実行可能な大量生産のウエハーおよびデバイスをもたらすであろう。

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