Üçgen kusur
Üçgen şekilli kusurlar, SiC epitaksiyel katmanlarında en ölümcül morfolojik kusurlardır. Çok sayıda literatür çalışması, üçgen şekilli kusurların oluşumunun 3C kristal formuyla ilişkili olduğunu göstermiştir. Bununla birlikte, farklı büyüme mekanizmaları nedeniyle, epitaksiyel katmanın yüzeyindeki birçok üçgen şekilli kusurun morfolojisi oldukça farklıdır. Kabaca aşağıdaki tiplere ayrılabilir:
(1) Üst kısımda büyük parçacıklara sahip üçgen kusurlar vardır
Bu tip üçgen kusurun tepesinde, büyüme süreci sırasında düşen cisimlerden kaynaklanabilecek büyük bir küresel parçacık bulunur. Bu tepe noktasından aşağı doğru, pürüzlü bir yüzeye sahip küçük bir üçgen alan gözlemlenebilir. Bunun nedeni, epitaksiyel işlem sırasında üçgen alanda art arda iki farklı 3C-SiC katmanının oluşmasıdır; bunlardan ilki arayüzde çekirdeklenir ve 4H-SiC basamak akışı boyunca büyür. Epitaksiyel katmanın kalınlığı arttıkça, 3C polimorfunun ikinci katmanı daha küçük üçgen çukurlarda çekirdeklenir ve büyür, ancak 4H büyüme basamağı 3C polimorf alanını tamamen örtmez, bu da 3C-SiC'nin V şeklindeki oluk alanının hala açıkça görülebilmesini sağlar.
(2) Üst kısımda küçük parçacıklar ve pürüzlü yüzeye sahip üçgen kusurlar vardır.
Şekil 4.2'de gösterildiği gibi, bu tip üçgen kusurların köşelerindeki parçacıklar çok daha küçüktür. Ve üçgen alanın çoğu 4H-SiC'nin basamak akışı ile kaplıdır, yani tüm 3C-SiC katmanı tamamen 4H-SiC katmanının altına gömülmüştür. Üçgen kusur yüzeyinde yalnızca 4H-SiC'nin büyüme basamakları görülebilir, ancak bu basamaklar geleneksel 4H kristal büyüme basamaklarından çok daha büyüktür.
(3) Pürüzsüz yüzeyli üçgen kusurlar
Şekil 4.3'te gösterildiği gibi, bu tip üçgen kusurların pürüzsüz bir yüzey morfolojisi vardır. Bu tür üçgen kusurlar için, 3C-SiC katmanı 4H-SiC'nin basamak akışı ile kaplanır ve yüzeydeki 4H kristal formu daha ince ve pürüzsüz hale gelir.
Epitaksiyel çukur kusurları
Epitaksiyel çukurlar (Çukurlar), en yaygın yüzey morfolojisi kusurlarından biridir ve tipik yüzey morfolojisi ve yapısal ana hatları Şekil 4.4'te gösterilmiştir. Cihazın arka tarafında KOH aşındırmasından sonra gözlemlenen iplikli dislokasyon (TD) korozyon çukurlarının konumu, cihaz hazırlığından önce epitaksiyel çukurların konumuyla açık bir şekilde örtüşmektedir; bu da epitaksiyel çukur kusurlarının oluşumunun iplikli dislokasyonlarla ilişkili olduğunu göstermektedir.
havuç kusurları
Havuç kusurları, 4H-SiC epitaksiyel katmanlarında yaygın bir yüzey kusurudur ve tipik morfolojisi Şekil 4.5'te gösterilmiştir. Havuç kusurunun, basamak benzeri dislokasyonlarla birbirine bağlanan bazal düzlemde bulunan Franconian ve prizmatik istifleme hatalarının kesişmesiyle oluştuğu bildirilmiştir. Ayrıca havuç kusurlarının oluşumunun substrattaki TSD ile ilişkili olduğu da bildirilmiştir. Tsuchida H. ve arkadaşları, epitaksiyel katmandaki havuç kusurlarının yoğunluğunun substrattaki TSD yoğunluğuyla orantılı olduğunu bulmuşlardır. Epitaksiyel büyümeden önce ve sonraki yüzey morfolojisi görüntülerini karşılaştırarak, gözlemlenen tüm havuç kusurlarının substrattaki TSD'ye karşılık geldiği bulunmuştur. Wu H. ve arkadaşları, Raman saçılım testi karakterizasyonunu kullanarak havuç kusurlarının 3C kristal formunu içermediğini, yalnızca 4H-SiC polimorfunu içerdiğini bulmuşlardır.
Üçgen şekilli kusurların MOSFET cihaz karakteristikleri üzerindeki etkisi
Şekil 4.7, üçgen kusurlar içeren bir cihazın beş özelliğinin istatistiksel dağılımının histogramıdır. Mavi noktalı çizgi, cihaz özelliği bozulması için ayırma çizgisidir ve kırmızı noktalı çizgi, cihaz arızası için ayırma çizgisidir. Cihaz arızası açısından, üçgen kusurların büyük bir etkisi vardır ve arıza oranı %93'ün üzerindedir. Bu, esas olarak üçgen kusurların cihazların ters kaçak karakteristikleri üzerindeki etkisine bağlanmaktadır. Üçgen kusurlar içeren cihazların %93'üne kadarında ters kaçak önemli ölçüde artmıştır. Ek olarak, üçgen kusurlar, %60'lık bir bozulma oranıyla, kapı kaçak karakteristikleri üzerinde de ciddi bir etkiye sahiptir. Tablo 4.2'de gösterildiği gibi, eşik gerilimi bozulması ve gövde diyot karakteristik bozulması açısından, üçgen kusurların etkisi küçüktür ve bozulma oranları sırasıyla %26 ve %33'tür. Açık dirençte artışa neden olma açısından, üçgen kusurların etkisi zayıftır ve bozulma oranı yaklaşık %33'tür.
Epitaksiyel çukur kusurlarının MOSFET cihaz özelliklerine etkisi
Şekil 4.8, epitaksiyel çukur kusurları içeren bir cihazın beş özelliğinin istatistiksel dağılımının histogramıdır. Mavi noktalı çizgi, cihaz özelliği bozulması için ayırma çizgisidir ve kırmızı noktalı çizgi, cihaz arızası için ayırma çizgisidir. Buradan, SiC MOSFET örneğindeki epitaksiyel çukur kusurları içeren cihaz sayısının, üçgen kusurlar içeren cihaz sayısına eşdeğer olduğu görülebilir. Epitaksiyel çukur kusurlarının cihaz özelliklerine etkisi, üçgen kusurların etkisinden farklıdır. Cihaz arızası açısından, epitaksiyel çukur kusurları içeren cihazların arıza oranı sadece %47'dir. Üçgen kusurlarla karşılaştırıldığında, epitaksiyel çukur kusurlarının cihazın ters kaçak karakteristikleri ve geçit kaçak karakteristikleri üzerindeki etkisi önemli ölçüde zayıflamıştır; bozulma oranları sırasıyla %53 ve %38'dir (Tablo 4.3'te gösterildiği gibi). Öte yandan, epitaksiyel çukur kusurlarının eşik gerilimi karakteristikleri, gövde diyot iletim karakteristikleri ve açık direnç üzerindeki etkisi, üçgen kusurların etkisinden daha büyüktür ve bozulma oranı %38'e ulaşmaktadır.
Genel olarak, üçgenler ve epitaksiyel çukurlar olmak üzere iki morfolojik kusur, SiC MOSFET cihazlarının arızalanması ve karakteristik bozulması üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Üçgen kusurların varlığı en ölümcül olanıdır ve %93'e varan bir arıza oranına sahiptir; bu durum esas olarak cihazın ters kaçak akımında önemli bir artış olarak kendini gösterir. Epitaksiyel çukur kusurları içeren cihazların arıza oranı %47 ile daha düşüktür. Bununla birlikte, epitaksiyel çukur kusurları, cihazın eşik gerilimi, gövde diyot iletim karakteristikleri ve açık direnci üzerinde üçgen kusurlardan daha büyük bir etkiye sahiptir.
Yayın tarihi: 16 Nisan 2024