Kolmnurkne defekt
Kolmnurksed defektid on SiC epitaksiaalkihtide kõige surmavamad morfoloogilised defektid. Suur hulk kirjanduslikke aruandeid on näidanud, et kolmnurksete defektide teke on seotud 3C kristallvormiga. Erinevate kasvumehhanismide tõttu on paljude kolmnurksete defektide morfoloogia epitaksiaalkihi pinnal aga üsna erinev. Need võib laias laastus jagada järgmisteks tüüpideks:
(1) Esineb kolmnurkseid defekte, mille ülaosas on suured osakesed
Seda tüüpi kolmnurksel defektil on ülaosas suur sfääriline osake, mis võib olla põhjustatud kasvuprotsessi ajal langevatest esemetest. Sellest tipust allapoole on näha väike kolmnurkne ala kareda pinnaga. See on tingitud asjaolust, et epitaksiaalse protsessi käigus moodustuvad kolmnurkses piirkonnas järjestikku kaks erinevat 3C-SiC kihti, millest esimene kiht tuumastub piirpinnal ja kasvab läbi 4H-SiC astmelise voolu. Epitaksiaalse kihi paksuse suurenedes tuumastub 3C polütüübi teine kiht ja kasvab väiksemates kolmnurksetes süvendites, kuid 4H kasvuetapp ei kata 3C polütüübi ala täielikult, mistõttu on 3C-SiC V-kujuline sooneala endiselt selgelt nähtav.
(2) Ülaosas on väikesed osakesed ja kareda pinnaga kolmnurksed defektid
Seda tüüpi kolmnurkse defekti tippudes olevad osakesed on palju väiksemad, nagu on näidatud joonisel 4.2. Ja suurem osa kolmnurksest alast on kaetud 4H-SiC astmelise vooluga, see tähendab, et kogu 3C-SiC kiht on täielikult 4H-SiC kihi alla suletud. Kolmnurkse defekti pinnal on näha ainult 4H-SiC kasvuastmeid, kuid need astmed on palju suuremad kui tavapärastel 4H kristallide kasvuastmetel.
(3) Kolmnurksed defektid sileda pinnaga
Sellisel kolmnurkse defekti tüübil on sile pinnamorfoloogia, nagu on näidatud joonisel 4.3. Selliste kolmnurksete defektide korral katab 3C-SiC kiht 4H-SiC astmelise vooluga ning pinnal olev 4H kristallvorm muutub peenemaks ja siledamaks.
Epitaksiaalsed aukude defektid
Epitaksiaalsed süvendid (pidid) on ühed levinumad pinnamorfoloogia defektid ning nende tüüpiline pinnamorfoloogia ja struktuuriline kontuur on näidatud joonisel 4.4. Pärast KOH söövitamist seadme tagaküljel täheldatud keermestamise dislokatsiooni (TD) korrosiooniaukudel on selge vastavus epitaksiaalsete süvendite asukohale enne seadme ettevalmistamist, mis näitab, et epitaksiaalsete süvendiefektide teke on seotud keermestamise dislokatsioonidega.
porgandi defektid
Porgandefektid on 4H-SiC epitaksiaalsetes kihtides levinud pinnadefekt ja nende tüüpiline morfoloogia on näidatud joonisel 4.5. Porgandefekt tekib väidetavalt franki ja prisma virnastumismurru ristumiskohas, mis paiknevad basaaltasandil ja on ühendatud astmeliste dislokatsioonidega. Samuti on teatatud, et porgandidefektide teke on seotud aluspinna TSD-ga. Tsuchida H. jt leidsid, et porgandidefektide tihedus epitaksiaalses kihis on proportsionaalne aluspinna TSD tihedusega. Ja võrreldes pinnamorfoloogia pilte enne ja pärast epitaksiaalset kasvu, võib leida, et kõik vaadeldud porgandidefektid vastavad aluspinna TSD-le. Wu H. jt kasutasid Ramani hajumistesti, et leida, et porgandidefektid ei sisaldanud 3C kristallvormi, vaid ainult 4H-SiC polütüüpi.
Kolmnurksete defektide mõju MOSFET-seadme omadustele
Joonis 4.7 on kolmnurkdefektidega seadme viie karakteristiku statistilise jaotuse histogramm. Sinine punktiirjoon tähistab seadme karakteristiku halvenemist ja punane punktiirjoon seadme riket. Seadme rikete korral on kolmnurkdefektidel suur mõju ja rikke määr on üle 93%. See on peamiselt tingitud kolmnurkdefektide mõjust seadmete tagasilekke karakteristikutele. Kuni 93% kolmnurkdefektidega seadmetest on tagasileke oluliselt suurenenud. Lisaks on kolmnurkdefektidel tõsine mõju ka värava lekke karakteristikutele, halvenemismääraga 60%. Nagu tabelis 4.2 näidatud, on lävipinge halvenemise ja kehadioodi karakteristiku halvenemise puhul kolmnurkdefektide mõju väike ning halvenemise osakaal on vastavalt 26% ja 33%. Sisselülitustakistuse suurenemise osas on kolmnurkdefektide mõju nõrk ja halvenemise suhe on umbes 33%.
Epitaksiaalsete aukude defektide mõju MOSFET-seadme omadustele
Joonis 4.8 on epitaksiaalseid aukdefekte sisaldava seadme viie karakteristiku statistilise jaotuse histogramm. Sinine punktiirjoon tähistab seadme karakteristiku halvenemist ja punane punktiirjoon seadme riket. Sellest on näha, et SiC MOSFET-valimis on epitaksiaalseid aukdefekte sisaldavate seadmete arv samaväärne kolmnurkdefekte sisaldavate seadmete arvuga. Epitaksiaalsete aukdefektide mõju seadme omadustele erineb kolmnurkdefektide mõjust. Seadme rikete osas on epitaksiaalseid aukdefekte sisaldavate seadmete rikkemäär vaid 47%. Kolmnurkdefektidega võrreldes on epitaksiaalsete aukdefektide mõju seadme tagasilöögi karakteristikutele ja värava lekke karakteristikutele oluliselt nõrgem, halvenemissuhe on vastavalt 53% ja 38%, nagu on näidatud tabelis 4.3. Teisest küljest on epitaksiaalsete aukdefektide mõju lävipinge karakteristikutele, kehadioodi juhtivuskarakteristikutele ja sisselülitustakistusele suurem kui kolmnurkdefektidel, halvenemissuhe ulatub 38%-ni.
Üldiselt on SiC MOSFET-transistoride riketele ja iseloomulikule halvenemisele olulist mõju kahel morfoloogilisel defektil, nimelt kolmnurkadel ja epitaksiaalsetel aukudel. Kolmnurksete defektide olemasolu on kõige surmavam, mille rikke määr ulatub kuni 93%-ni, mis avaldub peamiselt seadme tagasilöögi olulise suurenemisena. Epitaksiaalsete aukudefektidega seadmetel oli rikke määr madalam, 47%. Epitaksiaalsetel aukudefektidel on aga seadme lävipingele, kehadioodi juhtivusomadustele ja sisselülitustakistusele suurem mõju kui kolmnurksetel defektidel.
Postituse aeg: 16. aprill 2024