삼각형 결함
삼각형 결함은 SiC 에피택셜층에서 가장 치명적인 형태 결함입니다. 많은 문헌에서 삼각형 결함의 형성이 3C 결정 형태와 관련이 있음을 보여주고 있습니다. 그러나 성장 메커니즘의 차이로 인해 에피택셜층 표면에 나타나는 많은 삼각형 결함의 형태는 상당히 다릅니다. 이러한 결함은 대략 다음과 같은 유형으로 나눌 수 있습니다.
(1) 상부에 큰 입자가 있는 삼각형 결함이 존재함
이 유형의 삼각형 결함은 상단에 큰 구형 입자가 있는데, 이는 성장 과정 중 낙하하는 물체에 의해 발생할 수 있습니다. 이 정점에서 아래쪽으로 거친 표면을 가진 작은 삼각형 영역을 관찰할 수 있습니다. 이는 에피택셜 공정 중 두 개의 서로 다른 3C-SiC 층이 삼각형 영역에 연속적으로 형성되기 때문이며, 첫 번째 층은 계면에서 핵 생성되어 4H-SiC 단계 흐름을 통해 성장합니다. 에피택셜 층의 두께가 증가함에 따라 두 번째 3C 폴리타입 층이 핵 생성되어 더 작은 삼각형 피트에서 성장하지만, 4H 성장 단계는 3C 폴리타입 영역을 완전히 덮지 않아 3C-SiC의 V자형 홈 영역이 여전히 명확하게 보입니다.
(2) 상부에 작은 입자가 존재하고, 표면이 거친 삼각형 결함이 존재
그림 4.2에서 볼 수 있듯이, 이러한 유형의 삼각형 결함의 꼭짓점에 있는 입자는 훨씬 더 작습니다. 그리고 삼각형 영역의 대부분은 4H-SiC의 계단형 유동으로 덮여 있습니다. 즉, 3C-SiC 층 전체가 4H-SiC 층 아래에 완전히 매립되어 있습니다. 삼각형 결함 표면에서는 4H-SiC의 성장 단계만 볼 수 있지만, 이 단계들은 기존의 4H 결정 성장 단계보다 훨씬 큽니다.
(3) 표면이 매끈한 삼각형 결함
이러한 유형의 삼각형 결함은 그림 4.3에서 볼 수 있듯이 매끄러운 표면 형태를 갖습니다. 이러한 삼각형 결함의 경우, 3C-SiC 층은 4H-SiC의 계단형 유동으로 덮여 있으며, 표면의 4H 결정 형태는 더욱 미세하고 매끄러워집니다.
에피택셜 피트 결함
에피택셜 피트(Pits)는 가장 흔한 표면 형태 결함 중 하나이며, 그림 4.4에 그 전형적인 표면 형태와 구조적 윤곽이 나타나 있습니다. 소자 후면에서 KOH 에칭 후 관찰된 나사 전위(TD) 부식 피트의 위치는 소자 제조 전 에피택셜 피트의 위치와 명확하게 일치하며, 이는 에피택셜 피트 결함의 형성이 나사 전위와 관련이 있음을 시사합니다.
당근 결함
당근 결함은 4H-SiC 에피택셜 층에서 흔한 표면 결함이며, 그 전형적인 형태는 그림 4.5에 나와 있습니다. 당근 결함은 계단형 전위로 연결된 기저면에 위치한 프랑코니안 및 프리즘 적층 결함의 교차로 형성되었다고 보고되었습니다. 또한 당근 결함의 형성은 기판의 TSD와 관련이 있다고 보고되었습니다. Tsuchida H. 등은 에피택셜 층에서 당근 결함의 밀도가 기판의 TSD 밀도에 비례한다는 것을 발견했습니다. 그리고 에피택셜 성장 전후의 표면 형태 이미지를 비교함으로써 관찰된 모든 당근 결함이 기판의 TSD와 일치한다는 것을 알 수 있습니다. Wu H. 등은 라만 산란 시험 특성화를 사용하여 당근 결함에 3C 결정 형태가 없고 4H-SiC 다형만 있다는 것을 발견했습니다.
삼각형 결함이 MOSFET 소자 특성에 미치는 영향
그림 4.7은 삼각형 결함을 포함하는 소자의 다섯 가지 특성에 대한 통계적 분포를 나타낸 히스토그램입니다. 파란색 점선은 소자 특성 저하를 나타내는 구분선이고, 빨간색 점선은 소자 고장을 나타내는 구분선입니다. 소자 고장의 경우, 삼각형 결함은 큰 영향을 미치며 고장률은 93% 이상입니다. 이는 주로 삼각형 결함이 소자의 역방향 누설 특성에 미치는 영향 때문입니다. 삼각형 결함을 포함하는 소자의 최대 93%에서 역방향 누설이 크게 증가했습니다. 또한, 삼각형 결함은 게이트 누설 특성에도 심각한 영향을 미치며, 저하율은 60%에 달합니다. 표 4.2에서 볼 수 있듯이, 문턱 전압 저하와 바디 다이오드 특성 저하의 경우, 삼각형 결함의 영향은 미미하며, 저하 비율은 각각 26%와 33%입니다. 온 저항 증가를 유발하는 측면에서는 삼각형 결함의 영향이 미미하며, 저하율은 약 33%입니다.
에피택셜 피트 결함이 MOSFET 소자 특성에 미치는 영향
그림 4.8은 에피택셜 피트 결함을 포함하는 소자의 다섯 가지 특성에 대한 통계적 분포를 나타낸 히스토그램입니다. 파란색 점선은 소자 특성 저하를 나타내는 구분선이고, 빨간색 점선은 소자 고장을 나타내는 구분선입니다. 이를 통해 SiC MOSFET 샘플에서 에피택셜 피트 결함을 포함하는 소자의 수는 삼각형 결함을 포함하는 소자의 수와 동일함을 알 수 있습니다. 에피택셜 피트 결함이 소자 특성에 미치는 영향은 삼각형 결함과 다릅니다. 소자 고장 측면에서 에피택셜 피트 결함을 포함하는 소자의 고장률은 47%에 불과합니다. 삼각형 결함과 비교했을 때, 에피택셜 피트 결함이 소자의 역방향 누설 특성과 게이트 누설 특성에 미치는 영향은 상당히 약화되어, 표 4.3에서 볼 수 있듯이 각각 53%와 38%의 저하율을 보입니다. 반면, 에피택셜 피트 결함은 임계 전압 특성, 바디 다이오드 전도 특성 및 온 저항에 미치는 영향이 삼각형 결함보다 크며 저하율은 38%에 이릅니다.
일반적으로 삼각형 결함과 에피택셜 피트 결함이라는 두 가지 형태적 결함은 SiC MOSFET 소자의 고장 및 특성 저하에 상당한 영향을 미칩니다. 삼각형 결함은 가장 치명적이며, 고장률은 최대 93%에 달하며, 주로 소자의 역방향 누설 전류가 크게 증가하는 것으로 나타납니다. 에피택셜 피트 결함을 포함하는 소자의 고장률은 47%로 더 낮았습니다. 그러나 에피택셜 피트 결함은 삼각형 결함보다 소자의 문턱 전압, 바디 다이오드 전도 특성 및 온 저항에 더 큰 영향을 미칩니다.
게시 시간: 2024년 4월 16일