Trekantet defekt
Trekantede defekter er de mest fatale morfologiske defektene i SiC-epitaksiale lag. Et stort antall litteraturrapporter har vist at dannelsen av trekantede defekter er relatert til 3C-krystallformen. På grunn av forskjellige vekstmekanismer er imidlertid morfologien til mange trekantede defekter på overflaten av det epitaksiale laget ganske forskjellig. Det kan grovt sett deles inn i følgende typer:
(1) Det er trekantede defekter med store partikler på toppen
Denne typen trekantet defekt har en stor sfærisk partikkel på toppen, som kan være forårsaket av fallende gjenstander under vekstprosessen. Et lite trekantet område med en ru overflate kan observeres nedover fra dette hjørnet. Dette skyldes det faktum at under den epitaksiale prosessen dannes to forskjellige 3C-SiC-lag suksessivt i det trekantede området, hvorav det første laget er kimdannet ved grensesnittet og vokser gjennom 4H-SiC-trinnstrømmen. Etter hvert som tykkelsen på det epitaksiale laget øker, kimner det andre laget av 3C-polytype og vokser i mindre trekantede groper, men 4H-veksttrinnet dekker ikke 3C-polytypeområdet fullstendig, noe som gjør det V-formede sporområdet av 3C-SiC fortsatt tydelig synlig.
(2) Det er små partikler på toppen og trekantede defekter med ru overflate
Partiklene i hjørnene av denne typen trekantede defekter er mye mindre, som vist i figur 4.2. Og mesteparten av det trekantede området er dekket av trinnvis strømning av 4H-SiC, det vil si at hele 3C-SiC-laget er fullstendig innebygd under 4H-SiC-laget. Bare veksttrinnene til 4H-SiC kan sees på den trekantede defektoverflaten, men disse trinnene er mye større enn de konvensjonelle 4H-krystallveksttrinnene.
(3) Trekantede defekter med glatt overflate
Denne typen trekantede defekter har en glatt overflatemorfologi, som vist i figur 4.3. For slike trekantede defekter er 3C-SiC-laget dekket av trinnvis strømning av 4H-SiC, og 4H-krystallformen på overflaten blir finere og glattere.
Epitaksiale gropsdefekter
Epitaksiale groper (Pits) er en av de vanligste overflatemorfologiske defektene, og deres typiske overflatemorfologi og strukturelle omriss er vist i figur 4.4. Plasseringen av korrosjonsgropene for gjengeforskyvning (TD) observert etter KOH-etsing på baksiden av enheten har en klar samsvar med plasseringen av de epitaksiale gropene før klargjøring av enheten, noe som indikerer at dannelsen av epitaksiale gropdefekter er relatert til gjengeforskyvninger.
gulrotfeil
Gulrotdefekter er en vanlig overflatedefekt i 4H-SiC epitaksiale lag, og deres typiske morfologi er vist i figur 4.5. Gulrotdefekten er rapportert å være dannet ved skjæringspunktet mellom frankiske og prismatiske stablingsforkastninger lokalisert på basalplanet forbundet med trinnlignende dislokasjoner. Det har også blitt rapportert at dannelsen av gulrotdefekter er relatert til TSD i substratet. Tsuchida H. et al. fant at tettheten av gulrotdefekter i det epitaksiale laget er proporsjonal med tettheten av TSD i substratet. Og ved å sammenligne overflatemorfologibildene før og etter epitaksial vekst, kan alle observerte gulrotdefekter bli funnet å samsvare med TSD i substratet. Wu H. et al. brukte Raman-spredningstestkarakterisering for å finne at gulrotdefektene ikke inneholdt 3C-krystallformen, men bare 4H-SiC-polytypen.
Effekt av trekantede defekter på MOSFET-enhetskarakteristikker
Figur 4.7 er et histogram av den statistiske fordelingen av fem egenskaper ved en enhet som inneholder trekantede defekter. Den blå stiplede linjen er skillelinjen for degradering av enhetskarakteristikk, og den røde stiplede linjen er skillelinjen for enhetsfeil. For enhetsfeil har trekantede defekter stor innvirkning, og feilraten er større enn 93 %. Dette tilskrives hovedsakelig påvirkningen av trekantede defekter på enhetenes reverslekkasjeegenskaper. Opptil 93 % av enhetene som inneholder trekantede defekter har betydelig økt reverslekkasje. I tillegg har trekantede defekter også en alvorlig innvirkning på gate-lekkasjeegenskapene, med en degraderingsrate på 60 %. Som vist i tabell 4.2, er virkningen av trekantede defekter liten for terskelspenningsdegradering og forringelse av kroppsdiodekarakteristikk, og degraderingsforholdene er henholdsvis 26 % og 33 %. Når det gjelder å forårsake en økning i på-motstand, er virkningen av trekantede defekter svak, og degraderingsforholdet er omtrent 33 %.
Effekt av epitaksiale gropdefekter på MOSFET-enhetskarakteristikker
Figur 4.8 er et histogram av den statistiske fordelingen av fem egenskaper ved en enhet som inneholder epitaksiale gropdefekter. Den blå stiplede linjen er skillelinjen for degradering av enhetens egenskaper, og den røde stiplede linjen er skillelinjen for enhetsfeil. Det kan sees fra dette at antallet enheter som inneholder epitaksiale gropdefekter i SiC MOSFET-prøven tilsvarer antallet enheter som inneholder trekantede defekter. Virkningen av epitaksiale gropdefekter på enhetens egenskaper er forskjellig fra trekantede defekter. Når det gjelder enhetsfeil, er feilraten for enheter som inneholder epitaksiale gropdefekter bare 47 %. Sammenlignet med trekantede defekter er virkningen av epitaksiale gropdefekter på enhetens reverslekkasjeegenskaper og gate-lekkasjeegenskaper betydelig svekket, med degraderingsforhold på henholdsvis 53 % og 38 %, som vist i tabell 4.3. På den annen side er virkningen av epitaksiale gropdefekter på terskelspenningsegenskaper, kroppsdiodens ledningsegenskaper og på-motstand større enn for trekantede defekter, med degraderingsforholdet som når 38 %.
Generelt sett har to morfologiske defekter, nemlig trekanter og epitaksiale groper, en betydelig innvirkning på feil og karakteristisk forringelse av SiC MOSFET-komponenter. Forekomsten av trekantede defekter er den mest fatale, med en feilrate så høy som 93 %, hovedsakelig manifestert som en betydelig økning i revers lekkasje av enheten. Enheter som inneholder epitaksiale gropdefekter hadde en lavere feilrate på 47 %. Epitaksiale gropdefekter har imidlertid større innvirkning på enhetens terskelspenning, kroppsdiodens ledningsegenskaper og på-motstand enn trekantede defekter.
Publisert: 16. april 2024