Difetto triangolare
I difetti triangolari sono i difetti morfologici più fatali negli strati epitassiali di SiC. Numerosi studi in letteratura hanno dimostrato che la formazione di difetti triangolari è correlata alla forma cristallina 3C. Tuttavia, a causa di diversi meccanismi di crescita, la morfologia di molti difetti triangolari sulla superficie dello strato epitassiale è piuttosto varia. Può essere approssimativamente suddivisa nelle seguenti tipologie:
(1) Sono presenti difetti triangolari con particelle grandi nella parte superiore
Questo tipo di difetto triangolare presenta una grande particella sferica nella parte superiore, che potrebbe essere causata dalla caduta di oggetti durante il processo di crescita. Da questo vertice si può osservare una piccola area triangolare con una superficie ruvida verso il basso. Ciò è dovuto al fatto che durante il processo epitassiale, due diversi strati di 3C-SiC si formano successivamente nell'area triangolare, di cui il primo strato viene nucleato all'interfaccia e cresce attraverso il flusso a gradini di 4H-SiC. All'aumentare dello spessore dello strato epitassiale, il secondo strato di politipo 3C nuclea e cresce in fossette triangolari più piccole, ma il passaggio di crescita 4H non copre completamente l'area del politipo 3C, rendendo l'area del solco a V del 3C-SiC ancora chiaramente visibile.
(2) Ci sono piccole particelle nella parte superiore e difetti triangolari con superficie ruvida
Le particelle ai vertici di questo tipo di difetto triangolare sono molto più piccole, come mostrato in Figura 4.2. E la maggior parte dell'area triangolare è coperta dal flusso a gradini di 4H-SiC, ovvero l'intero strato di 3C-SiC è completamente immerso sotto lo strato di 4H-SiC. Sulla superficie del difetto triangolare sono visibili solo i gradini di crescita del 4H-SiC, ma questi gradini sono molto più grandi dei gradini di crescita dei cristalli 4H convenzionali.
(3) Difetti triangolari con superficie liscia
Questo tipo di difetto triangolare presenta una morfologia superficiale liscia, come mostrato in Figura 4.3. In questi difetti triangolari, lo strato di 3C-SiC è ricoperto dal flusso a gradini di 4H-SiC e la forma cristallina di 4H sulla superficie diventa più fine e liscia.
Difetti epitassiali
Le fossette epitassiali (Pits) sono uno dei difetti morfologici superficiali più comuni e la loro tipica morfologia superficiale e il profilo strutturale sono mostrati in Figura 4.4. La posizione delle fossette da corrosione da dislocazione filettata (TD) osservate dopo l'incisione con KOH sul retro del dispositivo mostra una chiara corrispondenza con la posizione delle fossette epitassiali prima della preparazione del dispositivo, a indicare che la formazione di difetti da fossette epitassiali è correlata alle dislocazioni filettate.
difetti della carota
I difetti a carota sono un difetto superficiale comune negli strati epitassiali di 4H-SiC e la loro morfologia tipica è mostrata in Figura 4.5. Si ritiene che il difetto a carota sia formato dall'intersezione di faglie di impilamento franconiane e prismatiche situate sul piano basale, connesse da dislocazioni a gradino. È stato inoltre riportato che la formazione di difetti a carota è correlata al TSD nel substrato. Tsuchida H. et al. hanno scoperto che la densità dei difetti a carota nello strato epitassiale è proporzionale alla densità del TSD nel substrato. Confrontando le immagini della morfologia superficiale prima e dopo la crescita epitassiale, è possibile riscontrare che tutti i difetti a carota osservati corrispondono al TSD nel substrato. Wu H. et al. hanno utilizzato la caratterizzazione mediante test di scattering Raman per scoprire che i difetti a carota non contenevano la forma cristallina 3C, ma solo il politipo 4H-SiC.
Effetto dei difetti triangolari sulle caratteristiche dei dispositivi MOSFET
La Figura 4.7 è un istogramma della distribuzione statistica di cinque caratteristiche di un dispositivo contenente difetti triangolari. La linea tratteggiata blu rappresenta la linea di demarcazione per la degradazione delle caratteristiche del dispositivo, mentre la linea tratteggiata rossa rappresenta la linea di demarcazione per i guasti del dispositivo. Per quanto riguarda i guasti del dispositivo, i difetti triangolari hanno un impatto significativo e il tasso di guasto è superiore al 93%. Ciò è principalmente dovuto all'influenza dei difetti triangolari sulle caratteristiche di dispersione inversa dei dispositivi. Fino al 93% dei dispositivi contenenti difetti triangolari presenta un aumento significativo delle perdite inverse. Inoltre, i difetti triangolari hanno anche un impatto significativo sulle caratteristiche di dispersione del gate, con un tasso di degradazione del 60%. Come mostrato nella Tabella 4.2, per la degradazione della tensione di soglia e la degradazione delle caratteristiche del diodo di body, l'impatto dei difetti triangolari è limitato e le percentuali di degradazione sono rispettivamente del 26% e del 33%. In termini di aumento della resistenza di on, l'impatto dei difetti triangolari è debole e il tasso di degradazione è di circa il 33%.
Effetto dei difetti epitassiali sulle caratteristiche dei dispositivi MOSFET
La Figura 4.8 è un istogramma della distribuzione statistica di cinque caratteristiche di un dispositivo contenente difetti di pit epitassiali. La linea tratteggiata blu rappresenta la linea di demarcazione per la degradazione delle caratteristiche del dispositivo, mentre la linea tratteggiata rossa rappresenta la linea di demarcazione per i guasti del dispositivo. Da ciò si può osservare che il numero di dispositivi contenenti difetti di pit epitassiali nel campione di MOSFET SiC è equivalente al numero di dispositivi contenenti difetti triangolari. L'impatto dei difetti di pit epitassiali sulle caratteristiche del dispositivo è diverso da quello dei difetti triangolari. In termini di guasti del dispositivo, il tasso di guasto dei dispositivi contenenti difetti di pit epitassiali è solo del 47%. Rispetto ai difetti triangolari, l'impatto dei difetti di pit epitassiali sulle caratteristiche di perdita inversa e di perdita di gate del dispositivo è significativamente ridotto, con rapporti di degradazione rispettivamente del 53% e del 38%, come mostrato nella Tabella 4.3. D'altro canto, l'impatto dei difetti epitassiali sulle caratteristiche della tensione di soglia, sulle caratteristiche di conduzione del diodo body e sulla resistenza di accensione è maggiore rispetto a quello dei difetti triangolari, con un rapporto di degradazione che raggiunge il 38%.
In generale, due difetti morfologici, ovvero i triangoli e le pitture epitassiali, hanno un impatto significativo sul guasto e sulla degradazione caratteristica dei dispositivi MOSFET al SiC. La presenza di difetti triangolari è la più fatale, con un tasso di guasto fino al 93%, che si manifesta principalmente come un aumento significativo della dispersione inversa del dispositivo. I dispositivi con difetti di pitture epitassiali hanno avuto un tasso di guasto inferiore, pari al 47%. Tuttavia, i difetti di pitture epitassiali hanno un impatto maggiore sulla tensione di soglia del dispositivo, sulle caratteristiche di conduzione del diodo di body e sulla resistenza di on rispetto ai difetti triangolari.
Data di pubblicazione: 16 aprile 2024