Треугольный дефект
Треугольные дефекты являются наиболее опасными морфологическими дефектами в эпитаксиальных слоях SiC. Многочисленные литературные источники показывают, что образование треугольных дефектов связано с кристаллической формой 3C. Однако из-за различных механизмов роста морфология многих треугольных дефектов на поверхности эпитаксиального слоя значительно различается. Их можно условно разделить на следующие типы:
(1) Имеются треугольные дефекты с крупными частицами в верхней части.
Этот тип треугольного дефекта имеет на вершине крупную сферическую частицу, которая может быть вызвана падающими предметами в процессе роста. Ниже этой вершины можно наблюдать небольшую треугольную область с шероховатой поверхностью. Это связано с тем, что в процессе эпитаксиального роста в треугольной области последовательно образуются два разных слоя 3C-SiC, причем первый слой зарождается на границе раздела и растет через ступенчатый поток 4H-SiC. По мере увеличения толщины эпитаксиального слоя второй слой полиморфа 3C зарождается и растет в меньших треугольных ямках, но ступень роста 4H не полностью покрывает область полиморфа 3C, поэтому V-образная канавка 3C-SiC остается отчетливо видимой.
(2) В верхней части имеются мелкие частицы и треугольные дефекты с шероховатой поверхностью.
Частицы в вершинах этого типа треугольных дефектов значительно меньше, как показано на рисунке 4.2. Большая часть треугольной области покрыта ступенчатым потоком 4H-SiC, то есть весь слой 3C-SiC полностью внедрен под слой 4H-SiC. На поверхности треугольного дефекта видны только ступени роста 4H-SiC, но эти ступени значительно крупнее обычных ступеней роста кристаллов 4H.
(3) Треугольные дефекты с гладкой поверхностью
Этот тип треугольного дефекта имеет гладкую морфологию поверхности, как показано на рисунке 4.3. В таких треугольных дефектах слой 3C-SiC покрывается ступенчатым потоком 4H-SiC, и кристаллическая форма 4H на поверхности становится более мелкой и гладкой.
Эпитаксиальные ямчатые дефекты
Эпитаксиальные ямки (ямки) являются одним из наиболее распространенных дефектов морфологии поверхности, их типичная морфология и структурные особенности показаны на рисунке 4.4. Расположение коррозионных ямок, образованных дислокациями (ДД), наблюдаемых после травления KOH на обратной стороне устройства, четко соответствует расположению эпитаксиальных ямок до изготовления устройства, что указывает на связь образования эпитаксиальных дефектов с дислокациями.
дефекты моркови
Дефекты в виде моркови являются распространенным поверхностным дефектом в эпитаксиальных слоях 4H-SiC, их типичная морфология показана на рисунке 4.5. Сообщается, что дефект в виде моркови образуется в результате пересечения франконских и призматических дефектов упаковки, расположенных на базисной плоскости и соединенных ступенчатыми дислокациями. Также сообщалось, что образование дефектов в виде моркови связано с дислокациями типа TSD в подложке. Цучида Х. и др. обнаружили, что плотность дефектов в виде моркови в эпитаксиальном слое пропорциональна плотности дислокаций типа TSD в подложке. Сравнивая изображения морфологии поверхности до и после эпитаксиального роста, можно установить, что все наблюдаемые дефекты в виде моркови соответствуют дислокациям типа TSD в подложке. У Х. и др. с помощью анализа методом рамановского рассеяния обнаружили, что дефекты в виде моркови не содержат кристаллическую форму 3C, а только полиморфную модификацию 4H-SiC.
Влияние треугольных дефектов на характеристики МОП-транзистора
На рисунке 4.7 представлена гистограмма статистического распределения пяти характеристик устройства, содержащего треугольные дефекты. Синяя пунктирная линия — это разделительная линия для ухудшения характеристик устройства, а красная пунктирная линия — разделительная линия для отказа устройства. Треугольные дефекты оказывают значительное влияние на отказы устройств, 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, с частотой ухудшения 60%. Как показано в таблице 4.2, для ухудшения порогового напряжения и ухудшения характеристик диода подложки влияние треугольных дефектов незначительно, и доля ухудшения составляет 26% и 33% соответственно. С точки зрения увеличения сопротивления в открытом состоянии, влияние треугольных дефектов слабое, и доля ухудшения составляет около 33%.
Влияние эпитаксиальных дефектов в виде ямок на характеристики МОП-транзистора
На рисунке 4.8 представлена гистограмма статистического распределения пяти характеристик устройства, содержащего эпитаксиальные ямчатые дефекты. Синяя пунктирная линия — это разделительная линия для деградации характеристик устройства, а красная пунктирная линия — разделительная линия для отказов устройства. Из этого видно, что количество устройств, содержащих эпитаксиальные ямчатые дефекты в образце SiC MOSFET, эквивалентно количеству устройств, содержащих треугольные дефекты. Влияние эпитаксиальных ямчатых дефектов на характеристики устройства отличается от влияния треугольных дефектов. С точки зрения отказов устройств, частота отказов устройств, содержащих эпитаксиальные ямчатые дефекты, составляет всего 47%. По сравнению с треугольными дефектами, влияние эпитаксиальных ямчатых дефектов на характеристики обратной утечки и утечки затвора устройства значительно ослаблено, с коэффициентами деградации 53% и 38% соответственно, как показано в таблице 4.3. С другой стороны, влияние эпитаксиальных дефектов в виде ямок на характеристики порогового напряжения, характеристики проводимости диода в теле транзистора и сопротивление в открытом состоянии больше, чем влияние треугольных дефектов, при этом степень деградации достигает 38%.
В целом, два морфологических дефекта, а именно треугольные и эпитаксиальные ямки, оказывают существенное влияние на отказы и ухудшение характеристик SiC MOSFET-устройств. Наличие треугольных дефектов является наиболее фатальным, с частотой отказов до 93%, что в основном проявляется в значительном увеличении обратного тока утечки устройства. Устройства, содержащие эпитаксиальные ямки, имели более низкую частоту отказов — 47%. Однако эпитаксиальные ямки оказывают большее влияние на пороговое напряжение устройства, характеристики проводимости диода и сопротивление в открытом состоянии, чем треугольные дефекты.
Дата публикации: 16 апреля 2024 г.