Háromszög alakú hiba
A háromszög alakú hibák a SiC epitaxiális rétegek legvégzetesebb morfológiai hibái. Számos irodalmi jelentés kimutatta, hogy a háromszög alakú hibák kialakulása összefügg a 3C kristályformával. Azonban a különböző növekedési mechanizmusok miatt az epitaxiális réteg felületén található számos háromszög alakú hiba morfológiája meglehetősen eltérő. Nagyjából a következő típusokra oszthatók:
(1) Háromszög alakú hibák vannak, amelyek tetején nagy részecskék vannak
Az ilyen típusú háromszög alakú hibának tetején egy nagy gömb alakú részecske található, amelyet a növekedési folyamat során leeső tárgyak okozhatnak. Ebből a csúcsból lefelé egy kis háromszög alakú terület figyelhető meg érdes felülettel. Ez annak köszönhető, hogy az epitaxiális folyamat során két különböző 3C-SiC réteg alakul ki egymás után a háromszög alakú területen, amelyek közül az első réteg a határfelületen nukleálódik, és a 4H-SiC lépcsőzetes áramlásán keresztül növekszik. Az epitaxiális réteg vastagságának növekedésével a 3C politípia második rétege nukleálódik és kisebb háromszög alakú gödrökben növekszik, de a 4H növekedési lépés nem fedi le teljesen a 3C politípia területét, így a 3C-SiC V alakú barázda területe továbbra is jól látható.
(2) A tetején apró részecskék és érdes felületű háromszög alakú hibák vannak
Az ilyen típusú háromszög alakú hibák csúcsain lévő részecskék sokkal kisebbek, ahogy az a 4.2. ábrán is látható. A háromszög alakú terület nagy részét a 4H-SiC lépcsőzetes áramlása fedi le, azaz a teljes 3C-SiC réteg teljesen beágyazódik a 4H-SiC réteg alá. A háromszög alakú hiba felületén csak a 4H-SiC növekedési lépései láthatók, de ezek a lépések sokkal nagyobbak, mint a hagyományos 4H kristálynövekedési lépések.
(3) Sima felületű háromszög alakú hibák
Az ilyen típusú háromszög alakú hibák sima felületi morfológiával rendelkeznek, amint az a 4.3. ábrán látható. Az ilyen háromszög alakú hibák esetén a 3C-SiC réteget a 4H-SiC lépcsőzetes áramlása borítja, és a felületen lévő 4H kristályforma finomabbá és simábbá válik.
Epitaxiális gödörhibák
Az epitaxiális gödrök (gödrök) az egyik leggyakoribb felületi morfológiai hiba, tipikus felületi morfológiájukat és szerkezeti körvonalukat a 4.4. ábra mutatja. A KOH maratás után az eszköz hátulján megfigyelt meneti diszlokáció (TD) korróziós gödrök helye egyértelműen megfelel az epitaxiális gödrök eszköz előkészítése előtti helyének, ami arra utal, hogy az epitaxiális gödörhibák kialakulása összefügg a meneti diszlokációkkal.
sárgarépahibák
A sárgarépahibák gyakori felületi hibák a 4H-SiC epitaxiális rétegekben, tipikus morfológiájukat a 4.5. ábra mutatja. A sárgarépahiba a bazális síkon elhelyezkedő frank és prizmás halmozási hibák metszéspontjában alakul ki, amelyeket lépcsőszerű diszlokációk kötnek össze. Azt is jelentették, hogy a sárgarépahibák kialakulása összefügg az aljzat TSD-jével (térfogat-szilárdság). Tsuchida H. és munkatársai azt találták, hogy az epitaxiális rétegben található sárgarépahibák sűrűsége arányos az aljzat TSD-sűrűségével. Az epitaxiális növekedés előtti és utáni felületi morfológiai képek összehasonlításával megállapítható, hogy az összes megfigyelt sárgarépahiba megfelel az aljzat TSD-jének. Wu H. és munkatársai Raman-szórási teszttel jellemezték, hogy a sárgarépahibák nem tartalmazták a 3C kristályformát, hanem csak a 4H-SiC politípiumot.
A háromszög alakú hibák hatása a MOSFET eszköz jellemzőire
A 4.7. ábra egy háromszög alakú hibákat tartalmazó eszköz öt jellemzőjének statisztikai eloszlását bemutató hisztogram. A kék pontozott vonal az eszköz jellemzőinek romlását, a piros pontozott vonal pedig az eszköz meghibásodását jelöli. Az eszköz meghibásodása esetén a háromszög alakú hibáknak nagy hatásuk van, a meghibásodási arány meghaladja a 93%-ot. Ez főként a háromszög alakú hibáknak az eszközök fordított szivárgási jellemzőire gyakorolt hatásának tulajdonítható. A háromszög alakú hibákat tartalmazó eszközök akár 93%-ánál is jelentősen megnőtt a fordított szivárgás. Ezenkívül a háromszög alakú hibák a kapu szivárgási jellemzőire is komoly hatással vannak, 60%-os romlási arányukkal. Amint a 4.2. táblázat mutatja, a küszöbfeszültség romlása és a testdióda jellemzőinek romlása esetében a háromszög alakú hibák hatása kicsi, a romlási arány 26%, illetve 33%. A bekapcsolási ellenállás növekedését tekintve a háromszög alakú hibák hatása gyenge, a romlási arány körülbelül 33%.
Az epitaxiális gödörhibák hatása a MOSFET eszközök jellemzőire
A 4.8. ábra egy epitaxiális gödörhibákat tartalmazó eszköz öt jellemzőjének statisztikai eloszlását bemutató hisztogram. A kék pontozott vonal az eszközjellemzők romlásának, a piros pontozott vonal pedig az eszközhibák választóvonala. Ebből látható, hogy a SiC MOSFET mintában az epitaxiális gödörhibákat tartalmazó eszközök száma megegyezik a háromszöghibákat tartalmazó eszközök számával. Az epitaxiális gödörhibáknak az eszközjellemzőkre gyakorolt hatása eltér a háromszöghibákétól. Az eszközhibák tekintetében az epitaxiális gödörhibákat tartalmazó eszközök meghibásodási aránya mindössze 47%. A háromszöghibákhoz képest az epitaxiális gödörhibáknak az eszköz fordított szivárgási jellemzőire és kapuszivárgási jellemzőire gyakorolt hatása jelentősen gyengül, a degradációs arány 53%, illetve 38%, amint azt a 4.3. táblázat mutatja. Másrészt az epitaxiális gödörhibáknak a küszöbfeszültség-jellemzőkre, a testdióda vezetési jellemzőire és a bekapcsolási ellenállásra gyakorolt hatása nagyobb, mint a háromszöghibáké, a degradációs arány eléri a 38%-ot.
Általánosságban elmondható, hogy két morfológiai hiba, nevezetesen a háromszögek és az epitaxiális gödrök, jelentős hatással vannak a SiC MOSFET eszközök meghibásodására és jellemző degradációjára. A háromszög alakú hibák megléte a legvégzetesebb, akár 93%-os meghibásodási arányukkal, ami főként az eszköz fordított szivárgásának jelentős növekedésében nyilvánul meg. Az epitaxiális gödörhibákat tartalmazó eszközök meghibásodási aránya alacsonyabb, 47%. Az epitaxiális gödörhibák azonban nagyobb hatással vannak az eszköz küszöbfeszültségére, a testdióda vezetési jellemzőire és a bekapcsolási ellenállására, mint a háromszög alakú hibák.
Közzététel ideje: 2024. április 16.