Défaut triangulaire
Les défauts triangulaires sont les défauts morphologiques les plus graves dans les couches épitaxiales de SiC. De nombreuses publications scientifiques ont montré que leur formation est liée à la forme cristalline du 3C. Cependant, en raison de mécanismes de croissance différents, la morphologie de nombreux défauts triangulaires à la surface de la couche épitaxiale est très différente. On peut la classer en trois types :
(1) Il y a des défauts triangulaires avec de grosses particules au sommet
Ce type de défaut triangulaire présente une grosse particule sphérique au sommet, susceptible d'être causée par la chute d'objets lors de la croissance. Une petite zone triangulaire à la surface rugueuse est visible vers le bas à partir de ce sommet. Ceci est dû au fait que, lors de l'épitaxie, deux couches distinctes de 3C-SiC se forment successivement dans la zone triangulaire. La première couche est nucléée à l'interface et croît grâce à l'écoulement par paliers de 4H-SiC. À mesure que l'épaisseur de la couche épitaxiale augmente, la seconde couche de polytype 3C se nuclée et croît en petits creux triangulaires. Cependant, l'écoulement par paliers de 4H ne recouvre pas entièrement la zone de polytype 3C, ce qui rend la rainure en V de 3C-SiC encore clairement visible.
(2) Il y a de petites particules au sommet et des défauts triangulaires avec une surface rugueuse
Les particules aux sommets de ce type de défaut triangulaire sont beaucoup plus petites, comme le montre la figure 4.2. La majeure partie de la zone triangulaire est recouverte par l'écoulement en gradins de 4H-SiC ; autrement dit, la couche de 3C-SiC est entièrement noyée sous la couche de 4H-SiC. Seules les gradins de croissance du 4H-SiC sont visibles à la surface du défaut triangulaire, mais ces gradins sont beaucoup plus grands que les gradins de croissance cristalline de 4H classiques.
(3) Défauts triangulaires à surface lisse
Ce type de défaut triangulaire présente une morphologie de surface lisse, comme illustré à la figure 4.3. Pour ces défauts triangulaires, la couche de 3C-SiC est recouverte par un écoulement par paliers de 4H-SiC, et la forme cristalline de 4H à la surface devient plus fine et plus lisse.
Défauts de piqûres épitaxiales
Les piqûres épitaxiales (Pits) sont l'un des défauts de morphologie de surface les plus courants. Leur morphologie de surface typique et leur contour structurel sont illustrés à la figure 4.4. L'emplacement des piqûres de corrosion par dislocation de filetage (TD) observées après gravure au KOH à l'arrière du dispositif correspond clairement à celui des piqûres épitaxiales avant la préparation du dispositif, ce qui indique que la formation de ces défauts est liée aux dislocations de filetage.
défauts de la carotte
Français Les défauts de carotte sont un défaut de surface courant dans les couches épitaxiales de 4H-SiC, et leur morphologie typique est illustrée à la Figure 4.5. Le défaut de carotte serait formé par l'intersection de défauts d'empilement franconiens et prismatiques situés sur le plan basal et reliés par des dislocations en escalier. Il a également été rapporté que la formation de défauts de carotte est liée à la TSD dans le substrat. Tsuchida H. et al. ont constaté que la densité de défauts de carotte dans la couche épitaxiale est proportionnelle à la densité de TSD dans le substrat. Et en comparant les images de morphologie de surface avant et après croissance épitaxiale, tous les défauts de carotte observés peuvent être trouvés correspondre à la TSD dans le substrat. Wu H. et al. ont utilisé la caractérisation du test de diffusion Raman pour constater que les défauts de carotte ne contenaient pas la forme cristalline 3C, mais uniquement le polytype 4H-SiC.
Effet des défauts triangulaires sur les caractéristiques des dispositifs MOSFET
La figure 4.7 est un histogramme de la distribution statistique de cinq caractéristiques d'un composant présentant des défauts triangulaires. La ligne pointillée bleue représente la ligne de démarcation pour la dégradation des caractéristiques du composant, et la ligne pointillée rouge représente la ligne de démarcation pour la défaillance du composant. Concernant la défaillance du composant, les défauts triangulaires ont un impact important, avec un taux de défaillance supérieur à 93 %. Ceci est principalement attribué à leur influence sur les caractéristiques de fuite inverse des composants. Jusqu'à 93 % des composants présentant des défauts triangulaires présentent une fuite inverse significativement accrue. De plus, les défauts triangulaires ont également un impact important sur les caractéristiques de fuite de grille, avec un taux de dégradation de 60 %. Comme le montre le tableau 4.2, pour la dégradation de la tension de seuil et la dégradation des caractéristiques de la diode de corps, l'impact des défauts triangulaires est faible, avec des proportions de dégradation respectives de 26 % et 33 %. En termes d'augmentation de la résistance à l'état passant, l'impact des défauts triangulaires est faible, avec un taux de dégradation d'environ 33 %.
Effet des défauts épitaxiaux sur les caractéristiques des dispositifs MOSFET
La figure 4.8 est un histogramme de la distribution statistique de cinq caractéristiques d'un composant contenant des piqûres épitaxiales. La ligne pointillée bleue représente la ligne de démarcation pour la dégradation des caractéristiques du composant, et la ligne pointillée rouge représente la ligne de démarcation pour la défaillance du composant. On constate que le nombre de composants contenant des piqûres épitaxiales dans l'échantillon de MOSFET SiC est équivalent au nombre de composants contenant des défauts triangulaires. L'impact des piqûres épitaxiales sur les caractéristiques du composant est différent de celui des défauts triangulaires. En termes de défaillance du composant, le taux de défaillance des composants contenant des piqûres épitaxiales n'est que de 47 %. Comparé aux défauts triangulaires, l'impact des piqûres épitaxiales sur les caractéristiques de fuite inverse et de fuite de grille du composant est significativement plus faible, avec des taux de dégradation respectifs de 53 % et 38 %, comme indiqué dans le tableau 4.3. En revanche, l'impact des défauts épitaxiaux sur les caractéristiques de tension de seuil, les caractéristiques de conduction de la diode du corps et la résistance à l'état passant est supérieur à celui des défauts triangulaires, le taux de dégradation atteignant 38 %.
En général, deux défauts morphologiques, à savoir les triangles et les piqûres épitaxiales, ont un impact significatif sur la défaillance et la dégradation des caractéristiques des dispositifs MOSFET SiC. La présence de défauts triangulaires est la plus fatale, avec un taux de défaillance pouvant atteindre 93 %, se manifestant principalement par une augmentation significative des fuites inverses du dispositif. Les dispositifs contenant des défauts de piqûres épitaxiales présentaient un taux de défaillance plus faible, de 47 %. Cependant, les défauts de piqûres épitaxiales ont un impact plus important sur la tension de seuil du dispositif, les caractéristiques de conduction de la diode et la résistance à l'état passant que les défauts triangulaires.
Date de publication : 16 avril 2024