炭化ケイ素の極性を決定する方法は?

炭化ケイ素の極性を決定する方法は?

一般的に使用される 4H-SiC および 6H-SiC 空間群はどちらも P63mc で、点群は 6mm です。 6mm は 10 個の極性点グループ (1、2、3、4、6; m、3m; mm2、4mm、6mm) の 1 つに属しているため、4H-SiC と 6H-SiC は極性結晶です。 極性結晶とは、結晶内の少なくとも 1 つの方向が反対方向とは異なる特性を持ち、電気的特性 (熱電特性、強誘電特性)、成長特性などを示すことを意味します。SiC 結晶は典型的な極性結晶です。 炭化ケイ素の極性については、次の部分で説明します。

ニューマンの法則によると、物性の対称性は結晶の対称性よりも高いです。 この非対称な極性は、結晶内の微視的な電気双極子が同じ方向を持っているか、この方向で同じになる傾向があり、互いに打ち消し合わないという事実によるものです。 この方向を極軸と呼び、結晶面に対応する極軸が極面です。

炭化ケイ素の極性は成長に影響します。 極性結晶は、極性​​の成長率が異なります。 一般に、プラス側の成長率はマイナス側の成長率よりも高い。 結晶は、複数の極方向と極の複数のセットを持つことができます。

そして成長はパフォーマンスに影響を与えます。 SiCデバイスは一般に、エピタキシャル成長のためにシリコン表面を使用し、基板の底面は炭素極性表面である。 実際、異なる極性面を持つ異なる材料のエピタキシーは、異なる特性を示します。

1. の計算ライコンCアルバイド極地ITY

結晶方位が cif ファイルに従って決定される場合、原子番号は R0=1.883 により 14/6 です。 原子座標を取り込むと、[SiC4] 四面体双極子モーメントは主に -c 軸に沿っています。 双極子モーメントの方向は、負極が正極を指す方向であり、これは (000-1) として Si 表面および (0001) として C 表面に対応することができます。

定義: シリコン四面体の Si 原子の化学結合の方向 <0001> は Si 面に対応し、炭素四面体の C 原子の化学結合の方向 <000-1> は結晶面 C に対応します。

炭化ケイ素の極性

その方向の Si-C 結合極性は c 方向の垂直面から離れており、Si 面はシリコン面、C 面はカーボン面です。

炭化ケイ素の Si-C 極性面

Si面は(0001)、C面は(000-1)です。

したがって、結晶平面図は次のようになります。

標準的なウエハーは、(0001) が (11-20) に数度の角度からずれているものです。 オフ角は、炭化ケイ素のステップ フロー成長に使用されます。 GaN ウエハーのようなウエハーを成長させると、偏向角がなくなります。

カット前の向きは、<0001><11-20><1-100>の3方向を決めることです。

2. SiC Polarの決定

実際、炭化ケイ素の極性の決定は、さまざまな機器を使用して 2 つの表面の違いを見つけることです。 SiC極性構造を決定するための腐食法には、関連する紹介があります。

2.1 炭化ケイ素の極性の決定に侵食法を選択する理由は?

まず、X線異常吸収法では判断できません。 X線異常吸収法は、InSbとGaAsに対して実行可能です。 しかし、炭素とシリコンは原子番号が小さいため、吸収極限に対応する波長を取得することは困難であるため、この方法を使用して炭化ケイ素の極性を決定することは困難です。

第二に、結晶の成長形状では判断できない。 場合によっては、SiC 炉全体で、片面が大きくて平らで、もう片面が湾曲したくさび形のウエハーが生成されることがあります。 成長形状は主に外部の成長条件の影響を受け、曲面は主に熱侵食によって生じます。 曲面と平面の向きは非常に規則的で、平面は低温部に面し、曲面は高温部に面しています。

2.2 SiCの極性を決定するためのエロージョン法

ダイヤモンドは溶融アルカリと反応しないが、シリコンは溶融アルカリと反応することから、腐食しにくい側が炭素側、腐食しやすい側がシリコン側と考えられます。 溶融水酸化カリウムを600~800℃の温度で10分間エッチングした後、取り出して洗浄します。 浸食孔が両側に現れることがあり、形状は一般に六角形です。

ただし、深さと直線性(対角線の長さ)の比率は両側で異なり、大きいほどシリコン面、小さいほどカーボン面になります。 この方法の欠点は、炭化ケイ素ウエハーの 2 つの表面に少なくとも 40um の損傷を与えることです。 エッチングされたウェーハは、研磨後にのみ再利用できます。 摂氏 500 度までの溶融 KOH はウェーハに大きな損傷率を与え、開いた状態の溶融アルカリはオペレーターにとって潜在的に危険です。

研磨工程での腐食も測定対象として提案されています。 炭化ケイ素ウエハーのシリコン-カーボン表面を識別する方法は、研磨された 2 つの表面を指します。 粗さが 0.80 ~ 3.00 nm の場合、テストされた表面はカーボン表面です。 言い換えれば、カーボンの表面はより粗く、より多くのより深いスクラッチを持っています。 しかし、SiC (0001) 面と (000-1) 面の CMP 研磨の比較研究では、研磨後のシリコン表面の粗さが炭素表面の粗さよりも大きいことが指摘されています。 シリコン表面の表面粗さは 0.2 ~ 2.0 nm です。 炭素表面の粗さは 0.1 から 0.3 nm の間であり、テストされた表面は炭素表面です。

興味深いのは、研磨速度を使用して炭化ケイ素の極性を特定できることですが、これも文献では矛盾しています。 6H-SiC (0001) 面と (000-1) 面の CMP 研磨の比較研究では、研磨に pH 値が 10.38 と 1.11 の修飾シリカ ゾル研磨液を使用すると、炭素表面の除去率がそれよりも高いことが指摘されました。シリコン表面の; 酸性研磨液の除去速度が速い。 この研究では、シリコン表面材料の除去率が最も高く、m 側と a 側の表面がシリコン表面よりも低く、炭素表面材料の除去率が最も低く、ほぼゼロであると結論付けました。

実際、極性は強誘電性および熱電特性を示している可能性があり、これも使用できます。

3. のマーキングシリコンカーバイド極地ITY

炭化ケイ素極性の成長過程を維持することができる。 したがって、マーキングは非常に重要で必要です。 現在、炭化ケイ素表面を区別するために一般的に使用されている方法は、炭化ケイ素単結晶の球状化後にインゴットを2回配向し、一次基準面と二次基準面と呼ばれるサイズの異なる2つのまっすぐな面を処理することです。 スライス後、一次基準面と二次基準面の並べ替えによって炭化ケイ素の極性を決定します。

ただし、この方法には 2 つの欠点があります。 まず、一次基準面と二次基準面を区別するために、一次基準面の方が長くなっています。 の一次基準面4インチ炭化ケイ素単結晶は 32.5 mm もあり、6 インチの炭化ケイ素単結晶は 47.5 mm の長さであり、コストが無駄になり、基板の使用可能領域が減少し、結晶インゴットに損傷を与えます。 第2に、基準エッジの長いウェーハを原料結晶として用いると、育成される単結晶の品質に大きな影響を与える。 主参照エッジと補助参照エッジの近くに欠陥が集まりやすい。 また、一度水晶が割れてしまうと、この方法ではチップの極性を判別することが難しくなります。

いくつかの改善点は、不等マーキング エッジです。 炭化ケイ素ウエハーの c-si の極性を識別する方法は、正と負の極性を較正するために非対称の V 字型の溝を採用しています。 または、補助位置決め側にレーザーマーキングを追加します。

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詳細については、電子メールでお問い合わせください。victorchan@powerwaywafer.compowerwaymaterial@gmail.com.

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