Trekantet defekt
Trekantede defekter er de mest fatale morfologiske defekter i SiC epitaksiale lag. Et stort antal litteraturrapporter har vist, at dannelsen af trekantede defekter er relateret til 3C-krystalformen. Men på grund af forskellige vækstmekanismer er morfologien af mange trekantede defekter på overfladen af det epitaksiale lag ret anderledes. Det kan groft opdeles i følgende typer:
(1) Der er trekantede defekter med store partikler i toppen
Denne type trekantede defekter har en stor sfærisk partikel i toppen, som kan være forårsaget af faldende genstande under vækstprocessen. Et lille trekantet område med en ru overflade kan observeres nedad fra dette toppunkt. Dette skyldes, at der under den epitaksiale proces dannes successivt to forskellige 3C-SiC-lag i det trekantede område, hvoraf det første lag er nukleeret ved grænsefladen og vokser gennem 4H-SiC-trinstrømmen. Efterhånden som tykkelsen af det epitaksiale lag øges, danner det andet lag af 3C polytype kerner og vokser i mindre trekantede gruber, men 4H væksttrinnet dækker ikke 3C polytypeområdet fuldstændigt, hvilket gør det V-formede rilleområde af 3C-SiC stadig tydeligt synlig
(2) Der er små partikler i toppen og trekantede defekter med ru overflade
Partiklerne ved hjørnerne af denne type trekantedefekter er meget mindre, som vist i figur 4.2. Og det meste af det trekantede område er dækket af trinstrømmen af 4H-SiC, det vil sige, at hele 3C-SiC-laget er fuldstændig indlejret under 4H-SiC-laget. Kun væksttrinene for 4H-SiC kan ses på den trekantede defektoverflade, men disse trin er meget større end de konventionelle 4H krystalvæksttrin.
(3) Trekantede defekter med glat overflade
Denne type trekantede defekter har en glat overflademorfologi, som vist i figur 4.3. For sådanne trekantede defekter er 3C-SiC-laget dækket af trinstrømmen af 4H-SiC, og 4H-krystalformen på overfladen bliver finere og glattere.
Epitaksiale pit defekter
Epitaksiale gruber (Pits) er en af de mest almindelige overflademorfologiske defekter, og deres typiske overflademorfologi og strukturelle omrids er vist i figur 4.4. Placeringen af gevinddislokation (TD) korrosionshuller observeret efter KOH-ætsning på bagsiden af enheden har en klar overensstemmelse med placeringen af de epitaksiale huller før forberedelse af enheden, hvilket indikerer, at dannelsen af epitaksiale huldefekter er relateret til gevinddislokationer.
gulerodsfejl
Gulerodsdefekter er en almindelig overfladedefekt i 4H-SiC epitaksiale lag, og deres typiske morfologi er vist i figur 4.5. Gulerodsdefekten rapporteres at være dannet af skæringspunktet mellem frankiske og prismatiske stablingsforkastninger placeret på basalplanet forbundet med trinlignende dislokationer. Det er også blevet rapporteret, at dannelsen af gulerodsdefekter er relateret til TSD i substratet. Tsuchida H. et al. fandt, at tætheden af gulerodsdefekter i det epitaksiale lag er proportional med tætheden af TSD i substratet. Og ved at sammenligne overflademorfologibillederne før og efter epitaksial vækst, kan alle observerede gulerodsdefekter findes at svare til TSD i substratet. Wu H. et al. brugte karakterisering af Raman-spredningstest til at finde ud af, at gulerodsdefekterne ikke indeholdt 3C-krystalformen, men kun 4H-SiC-polytypen.
Effekt af trekantede defekter på MOSFET-enhedens karakteristika
Figur 4.7 er et histogram over den statistiske fordeling af fem karakteristika for en enhed, der indeholder trekantede defekter. Den blå stiplede linje er skillelinjen for enhedskarakteristisk forringelse, og den røde stiplede linje er skillelinjen for enhedsfejl. For enhedsfejl har trekantede defekter stor indflydelse, og fejlraten er større end 93%. Dette tilskrives hovedsageligt indflydelsen af trekantede defekter på enheders omvendte lækagekarakteristika. Op til 93 % af enheder, der indeholder trekantede defekter, har markant øget omvendt lækage. Derudover har de trekantede defekter også en alvorlig indvirkning på portens lækagekarakteristika med en nedbrydningsrate på 60%. Som vist i tabel 4.2, for nedbrydning af tærskelspænding og nedbrydning af kropsdiodekarakteristisk, er virkningen af trekantede defekter lille, og nedbrydningsforholdet er henholdsvis 26 % og 33 %. Med hensyn til at forårsage en stigning i on-resistens er virkningen af trekantede defekter svag, og nedbrydningsforholdet er omkring 33%.
Effekt af epitaksiale pit-defekter på MOSFET-enhedens karakteristika
Figur 4.8 er et histogram over den statistiske fordeling af fem karakteristika for en enhed, der indeholder epitaksiale pit-defekter. Den blå stiplede linje er skillelinjen for enhedskarakteristisk forringelse, og den røde stiplede linje er skillelinjen for enhedsfejl. Det kan ses af dette, at antallet af enheder, der indeholder epitaksiale pit-defekter i SiC MOSFET-prøven, svarer til antallet af enheder, der indeholder trekantede defekter. Effekten af epitaksiale pit-defekter på enhedens karakteristika er forskellig fra den for trekantede defekter. Med hensyn til enhedsfejl er fejlprocenten for enheder, der indeholder epitaksiale pit-defekter, kun 47 %. Sammenlignet med trekantede defekter er virkningen af epitaksiale pit-defekter på enhedens omvendte lækagekarakteristika og portlækagekarakteristika væsentligt svækket med nedbrydningsforhold på henholdsvis 53 % og 38 %, som vist i tabel 4.3. På den anden side er virkningen af epitaksiale pit-defekter på tærskelspændingskarakteristika, kropsdiodeledningskarakteristika og on-modstand større end for trekantede defekter, hvor nedbrydningsforholdet når 38 %.
Generelt har to morfologiske defekter, nemlig trekanter og epitaksiale gruber, en betydelig indvirkning på svigt og karakteristisk nedbrydning af SiC MOSFET-enheder. Eksistensen af trekantede defekter er den mest dødelige, med en fejlrate så høj som 93%, hovedsageligt manifesteret som en betydelig stigning i omvendt lækage af enheden. Enheder, der indeholdt epitaksiale pit-defekter, havde en lavere fejlrate på 47 %. Epitaksiale pit-defekter har dog større indflydelse på enhedens tærskelspænding, kropsdiodeledningsegenskaber og on-modstand end trekantede defekter.
Indlægstid: 16-apr-2024