Треугольный дефект
Треугольные дефекты являются наиболее фатальными морфологическими дефектами в эпитаксиальных слоях SiC. Большое количество литературных отчетов показало, что образование треугольных дефектов связано с формой кристалла 3C. Однако из-за различных механизмов роста морфология многих треугольных дефектов на поверхности эпитаксиального слоя совершенно различна. Ее можно грубо разделить на следующие типы:
(1) Имеются треугольные дефекты с крупными частицами в верхней части.
Этот тип треугольного дефекта имеет большую сферическую частицу наверху, что может быть вызвано падающими предметами во время процесса роста. Небольшая треугольная область с шероховатой поверхностью может наблюдаться вниз от этой вершины. Это связано с тем, что во время эпитаксиального процесса в треугольной области последовательно образуются два разных слоя 3C-SiC, из которых первый слой зарождается на границе раздела и растет через ступенчатый поток 4H-SiC. По мере увеличения толщины эпитаксиального слоя второй слой политипа 3C зарождается и растет в более мелких треугольных ямках, но ступень роста 4H не полностью покрывает область политипа 3C, делая область V-образной канавки 3C-SiC все еще четко видимой
(2) В верхней части имеются мелкие частицы и треугольные дефекты с шероховатой поверхностью.
Частицы в вершинах этого типа треугольного дефекта намного меньше, как показано на рисунке 4.2. И большая часть треугольной области покрыта ступенчатым потоком 4H-SiC, то есть весь слой 3C-SiC полностью погружен под слой 4H-SiC. На поверхности треугольного дефекта можно увидеть только ступени роста 4H-SiC, но эти ступени намного больше обычных ступеней роста кристалла 4H.
(3) Треугольные дефекты с гладкой поверхностью
Этот тип треугольного дефекта имеет гладкую морфологию поверхности, как показано на рисунке 4.3. Для таких треугольных дефектов слой 3C-SiC покрывается ступенчатым потоком 4H-SiC, а кристаллическая форма 4H на поверхности становится более мелкой и гладкой.
Дефекты эпитаксиальных ямок
Эпитаксиальные ямки (Pits) являются одним из наиболее распространенных дефектов морфологии поверхности, и их типичная морфология поверхности и структурный контур показаны на рисунке 4.4. Расположение коррозионных ямок пронизывающей дислокации (TD), наблюдаемых после травления KOH на задней стороне устройства, имеет четкое соответствие с расположением эпитаксиальных ямок до подготовки устройства, что указывает на то, что образование дефектов эпитаксиальной ямки связано с пронизывающей дислокацией.
дефекты моркови
Дефекты типа «морковь» являются распространенным дефектом поверхности в эпитаксиальных слоях 4H-SiC, и их типичная морфология показана на рисунке 4.5. Сообщается, что дефект типа «морковь» образован пересечением франконских и призматических дефектов упаковки, расположенных на базисной плоскости, соединенных ступенчатыми дислокациями. Также сообщалось, что образование дефектов типа «морковь» связано с TSD в подложке. Tsuchida H. et al. обнаружили, что плотность дефектов типа «морковь» в эпитаксиальном слое пропорциональна плотности TSD в подложке. И сравнивая изображения морфологии поверхности до и после эпитаксиального роста, можно обнаружить, что все наблюдаемые дефекты типа «морковь» соответствуют TSD в подложке. Wu H. et al. использовали характеристику теста рассеяния Рамана, чтобы обнаружить, что дефекты типа «морковь» не содержали кристаллическую форму 3C, а только политип 4H-SiC.
Влияние треугольных дефектов на характеристики МОП-транзистора
Рисунок 4.7 представляет собой гистограмму статистического распределения пяти характеристик устройства, содержащего треугольные дефекты. Синяя пунктирная линия является разделительной линией для ухудшения характеристик устройства, а красная пунктирная линия является разделительной линией для отказа устройства. Для отказа устройства треугольные дефекты оказывают большое влияние, и частота отказов превышает 93%. Это в основном объясняется влиянием треугольных дефектов на характеристики обратной утечки устройств. До 93% устройств, содержащих треугольные дефекты, имеют значительно увеличенную обратную утечку. Кроме того, треугольные дефекты также оказывают серьезное влияние на характеристики утечки затвора, со скоростью ухудшения 60%. Как показано в таблице 4.2, для ухудшения порогового напряжения и ухудшения характеристик внутреннего диода влияние треугольных дефектов невелико, и доли ухудшения составляют 26% и 33% соответственно. С точки зрения увеличения сопротивления в открытом состоянии влияние треугольных дефектов слабое, и коэффициент ухудшения составляет около 33%.
Влияние эпитаксиальных дефектов ямок на характеристики МОП-транзисторов
Рисунок 4.8 представляет собой гистограмму статистического распределения пяти характеристик устройства, содержащего эпитаксиальные дефекты в виде ямок. Синяя пунктирная линия является разделительной линией для ухудшения характеристик устройства, а красная пунктирная линия является разделительной линией для отказа устройства. Из этого можно видеть, что количество устройств, содержащих эпитаксиальные дефекты в виде ямок в образце SiC MOSFET, эквивалентно количеству устройств, содержащих треугольные дефекты. Влияние эпитаксиальных дефектов в виде ямок на характеристики устройства отличается от влияния треугольных дефектов. С точки зрения отказа устройства, частота отказов устройств, содержащих эпитаксиальные дефекты в виде ямок, составляет всего 47%. По сравнению с треугольными дефектами влияние эпитаксиальных дефектов в виде ямок на характеристики обратной утечки и характеристики утечки затвора устройства значительно ослаблено, с коэффициентами ухудшения 53% и 38% соответственно, как показано в таблице 4.3. С другой стороны, влияние дефектов эпитаксиальных ямок на характеристики порогового напряжения, характеристики проводимости внутреннего диода и сопротивление открытого канала больше, чем влияние треугольных дефектов, при этом коэффициент деградации достигает 38%.
В целом, два морфологических дефекта, а именно треугольники и эпитаксиальные ямки, оказывают значительное влияние на отказ и характерную деградацию SiC MOSFET-устройств. Наличие треугольных дефектов является наиболее фатальным, с частотой отказов до 93%, что в основном проявляется в значительном увеличении обратной утечки устройства. Устройства, содержащие эпитаксиальные дефекты ямок, имели более низкую частоту отказов - 47%. Однако дефекты эпитаксиальных ямок оказывают большее влияние на пороговое напряжение устройства, характеристики проводимости внутреннего диода и сопротивление в открытом состоянии, чем треугольные дефекты.
Время публикации: 16 апреля 2024 г.