Triangulär defekt
Triangulära defekter är de mest fatala morfologiska defekterna i epitaxiella lager av SiC. Ett stort antal litteraturrapporter har visat att bildandet av triangulära defekter är relaterat till 3C-kristallformen. På grund av olika tillväxtmekanismer är dock morfologin hos många triangulära defekter på ytan av det epitaxiella lagret ganska olika. Det kan grovt delas in i följande typer:
(1) Det finns triangulära defekter med stora partiklar högst upp
Denna typ av triangulär defekt har en stor sfärisk partikel upptill, vilket kan orsakas av fallande föremål under tillväxtprocessen. Ett litet triangulärt område med en grov yta kan observeras nedåt från denna toppunkt. Detta beror på att två olika 3C-SiC-lager bildas successivt i det triangulära området under den epitaxiella processen, varav det första lagret är kärnbildat vid gränssnittet och växer genom 4H-SiC-stegflödet. När tjockleken på det epitaxiella lagret ökar, kärnbildas det andra lagret av 3C-polytyp och växer i mindre triangulära gropar, men 4H-tillväxtsteget täcker inte 3C-polytypområdet helt, vilket gör att det V-formade spårområdet av 3C-SiC fortfarande är tydligt synligt.
(2) Det finns små partiklar på toppen och triangulära defekter med grov yta
Partiklarna vid hörnen av denna typ av triangulär defekt är mycket mindre, som visas i figur 4.2. Och större delen av det triangulära området täcks av stegflödet av 4H-SiC, det vill säga hela 3C-SiC-skiktet är helt inbäddat under 4H-SiC-skiktet. Endast tillväxtstegen för 4H-SiC kan ses på den triangulära defektytan, men dessa steg är mycket större än de konventionella 4H-kristalltillväxtstegen.
(3) Triangulära defekter med slät yta
Denna typ av triangulär defekt har en slät ytmorfologi, såsom visas i figur 4.3. För sådana triangulära defekter täcks 3C-SiC-skiktet av stegvis flöde av 4H-SiC, och 4H-kristallformen på ytan blir finare och jämnare.
Epitaxiella gropdefekter
Epitaxiella gropar (Pits) är en av de vanligaste ytmorfologiska defekterna, och deras typiska ytmorfologi och strukturella kontur visas i figur 4.4. Placeringen av korrosionsgropar för gängdislokation (TD) som observerats efter KOH-etsning på baksidan av anordningen har en tydlig överensstämmelse med placeringen av epitaxiella groparna före anordningens förberedelse, vilket indikerar att bildandet av epitaxiella gropdefekter är relaterad till gängdislokationer.
morotsdefekter
Morotsdefekter är en vanlig ytdefekt i 4H-SiC epitaxiella lager, och deras typiska morfologi visas i figur 4.5. Morotsdefekten rapporteras bildas genom skärningspunkten mellan frankiska och prismatiska staplingsförkastningar belägna på basalplanet, sammankopplade med stegliknande dislokationer. Det har också rapporterats att bildandet av morotsdefekter är relaterat till TSD i substratet. Tsuchida H. et al. fann att densiteten av morotsdefekter i det epitaxiella lagret är proportionell mot densiteten av TSD i substratet. Och genom att jämföra ytmorfologibilderna före och efter epitaxiell tillväxt kan alla observerade morotsdefekter konstateras motsvara TSD i substratet. Wu H. et al. använde Ramanspridningstestkarakterisering för att finna att morotsdefekterna inte innehöll 3C-kristallformen, utan endast 4H-SiC-polytypen.
Effekt av triangulära defekter på MOSFET-komponentegenskaper
Figur 4.7 är ett histogram över den statistiska fördelningen av fem egenskaper hos en komponent som innehåller triangulära defekter. Den blå prickade linjen är skiljelinjen för försämring av komponentkarakteristiken, och den röda prickade linjen är skiljelinjen för komponentfel. För komponentfel har triangulära defekter stor inverkan, och felfrekvensen är större än 93 %. Detta beror främst på triangulära defekters inverkan på komponentens bakåtläckageegenskaper. Upp till 93 % av komponenterna som innehåller triangulära defekter har signifikant ökat bakåtläckage. Dessutom har triangulära defekter också en allvarlig inverkan på gate-läckageegenskaperna, med en försämringshastighet på 60 %. Som visas i tabell 4.2 är effekten av triangulära defekter liten för tröskelspänningsförsämring och försämring av kroppsdiodens karakteristik, och försämringsandelen är 26 % respektive 33 %. När det gäller att orsaka en ökning av till-motståndet är effekten av triangulära defekter svag, och försämringsförhållandet är cirka 33 %.
Effekt av epitaxiella gropdefekter på MOSFET-komponentegenskaper
Figur 4.8 är ett histogram över den statistiska fördelningen av fem egenskaper hos en komponent som innehåller epitaxiella gropdefekter. Den blå prickade linjen är skiljelinjen för försämring av komponentkarakteristiken, och den röda prickade linjen är skiljelinjen för komponentfel. Det framgår av detta att antalet komponenter som innehåller epitaxiella gropdefekter i SiC MOSFET-provet motsvarar antalet komponenter som innehåller triangulära defekter. Effekten av epitaxiella gropdefekter på komponentkarakteristiken skiljer sig från den för triangulära defekter. När det gäller komponentfel är felfrekvensen för komponent som innehåller epitaxiella gropdefekter endast 47 %. Jämfört med triangulära defekter är effekten av epitaxiella gropdefekter på komponentens bakåtläckageegenskaper och gate-läckageegenskaper avsevärt försvagad, med försämringsförhållanden på 53 % respektive 38 %, såsom visas i tabell 4.3. Å andra sidan är effekten av epitaxiella gropdefekter på tröskelspänningsegenskaper, kroppsdiodens ledningsegenskaper och på-motstånd större än den för triangulära defekter, med försämringsförhållandet som når 38 %.
Generellt sett har två morfologiska defekter, nämligen trianglar och epitaxiella gropar, en betydande inverkan på fel och karakteristisk nedbrytning av SiC MOSFET-komponenter. Förekomsten av triangulära defekter är den mest dödliga, med en felfrekvens på så hög som 93 %, vilket huvudsakligen manifesteras som en signifikant ökning av omvänd läckage i enheten. Komponenter som innehåller epitaxiella gropdefekter hade en lägre felfrekvens på 47 %. Epitaxiella gropdefekter har dock en större inverkan på enhetens tröskelspänning, kroppsdiodens ledningsegenskaper och på-motstånd än triangulära defekter.
Publiceringstid: 16 april 2024