Défaut triangulaire
Les défauts triangulaires sont les défauts morphologiques les plus fatals dans les couches épitaxiales de SiC. Un grand nombre de publications ont montré que la formation de défauts triangulaires est liée à la forme cristalline 3C. Cependant, en raison de mécanismes de croissance différents, la morphologie de nombreux défauts triangulaires à la surface de la couche épitaxiale est très différente. Il peut être grossièrement divisé selon les types suivants :
(1) Il y a des défauts triangulaires avec de grosses particules au sommet
Ce type de défaut triangulaire présente une grosse particule sphérique au sommet, qui peut être provoquée par la chute d'objets pendant le processus de croissance. Une petite zone triangulaire avec une surface rugueuse peut être observée vers le bas à partir de ce sommet. Cela est dû au fait que pendant le processus d'épitaxie, deux couches différentes de 3C-SiC sont formées successivement dans la zone triangulaire, dont la première couche est nucléée à l'interface et se développe à travers le flux échelonné de 4H-SiC. À mesure que l'épaisseur de la couche épitaxiale augmente, la deuxième couche du polytype 3C se nuclée et se développe dans des creux triangulaires plus petits, mais l'étape de croissance 4H ne couvre pas complètement la zone du polytype 3C, ce qui rend la zone de rainure en forme de V du 3C-SiC encore clairement visible
(2) Il y a de petites particules au sommet et des défauts triangulaires avec une surface rugueuse
Les particules aux sommets de ce type de défaut triangulaire sont beaucoup plus petites, comme le montre la figure 4.2. Et la majeure partie de la zone triangulaire est couverte par le flux échelonné de 4H-SiC, c'est-à-dire que la totalité de la couche de 3C-SiC est complètement intégrée sous la couche de 4H-SiC. Seules les étapes de croissance du 4H-SiC sont visibles sur la surface du défaut triangulaire, mais ces étapes sont beaucoup plus importantes que les étapes conventionnelles de croissance cristalline du 4H.
(3) Défauts triangulaires à surface lisse
Ce type de défaut triangulaire a une morphologie de surface lisse, comme le montre la figure 4.3. Pour de tels défauts triangulaires, la couche de 3C-SiC est recouverte par le flux échelonné de 4H-SiC et la forme cristalline de 4H à la surface devient plus fine et plus lisse.
Défauts de piqûres d'épitaxie
Les piqûres épitaxiales (Pits) sont l'un des défauts de morphologie de surface les plus courants, et leur morphologie de surface typique et leur contour structurel sont illustrés à la figure 4.4. L'emplacement des piqûres de corrosion de luxation de filetage (TD) observées après gravure KOH à l'arrière du dispositif correspond clairement à l'emplacement des piqûres d'épitaxie avant la préparation du dispositif, indiquant que la formation de défauts de piqûres d'épitaxie est liée aux luxations de filetage.
défauts de la carotte
Les défauts de carotte sont un défaut de surface courant dans les couches épitaxiales de 4H-SiC, et leur morphologie typique est illustrée à la figure 4.5. Le défaut de la carotte serait formé par l'intersection de failles d'empilement franconiennes et prismatiques situées sur le plan basal, reliées par des dislocations en forme d'escalier. Il a également été rapporté que la formation de défauts de la carotte est liée au TSD dans le substrat. Tsuchida H. et coll. ont constaté que la densité des défauts de carotte dans la couche épitaxiale est proportionnelle à la densité de TSD dans le substrat. Et en comparant les images de morphologie de surface avant et après croissance épitaxiale, il est possible de constater que tous les défauts observés de la carotte correspondent au TSD dans le substrat. Wu H. et coll. a utilisé la caractérisation du test de diffusion Raman pour constater que les défauts de la carotte ne contenaient pas la forme cristalline 3C, mais uniquement le polytype 4H-SiC.
Effet des défauts triangulaires sur les caractéristiques des dispositifs MOSFET
La figure 4.7 est un histogramme de la distribution statistique de cinq caractéristiques d'un dispositif contenant des défauts triangulaires. La ligne pointillée bleue est la ligne de démarcation pour la dégradation des caractéristiques du périphérique, et la ligne pointillée rouge est la ligne de démarcation pour la défaillance du périphérique. En cas de défaillance d'un appareil, les défauts triangulaires ont un impact important et le taux de défaillance est supérieur à 93 %. Ceci est principalement attribué à l’influence des défauts triangulaires sur les caractéristiques de fuite inverse des appareils. Jusqu'à 93 % des appareils contenant des défauts triangulaires présentent une augmentation significative des fuites inverses. De plus, les défauts triangulaires ont également un impact sérieux sur les caractéristiques de fuite de la grille, avec un taux de dégradation de 60 %. Comme le montre le tableau 4.2, pour la dégradation de la tension de seuil et la dégradation des caractéristiques de la diode corporelle, l'impact des défauts triangulaires est faible et les proportions de dégradation sont respectivement de 26 % et 33 %. En termes d'augmentation de la résistance à l'état passant, l'impact des défauts triangulaires est faible et le taux de dégradation est d'environ 33 %.
Effet des défauts de piqûres d'épitaxie sur les caractéristiques du dispositif MOSFET
La figure 4.8 est un histogramme de la distribution statistique de cinq caractéristiques d'un dispositif contenant des défauts de piqûres d'épitaxie. La ligne pointillée bleue est la ligne de démarcation pour la dégradation des caractéristiques du périphérique, et la ligne pointillée rouge est la ligne de démarcation pour la défaillance du périphérique. On peut voir que le nombre de dispositifs contenant des défauts de piqûre épitaxiale dans l'échantillon SiC MOSFET est équivalent au nombre de dispositifs contenant des défauts triangulaires. L'impact des défauts de piqûres d'épitaxie sur les caractéristiques du dispositif est différent de celui des défauts triangulaires. En termes de défaillance des dispositifs, le taux de défaillance des dispositifs contenant des défauts de piqûres d'épitaxie n'est que de 47 %. Par rapport aux défauts triangulaires, l'impact des défauts de piqûres d'épitaxie sur les caractéristiques de fuite inverse et les caractéristiques de fuite de grille du dispositif est considérablement affaibli, avec des taux de dégradation de 53 % et 38 % respectivement, comme le montre le tableau 4.3. D'autre part, l'impact des défauts épitaxiaux sur les caractéristiques de tension de seuil, les caractéristiques de conduction des diodes corporelles et la résistance à l'état passant est supérieur à celui des défauts triangulaires, le taux de dégradation atteignant 38 %.
En général, deux défauts morphologiques, à savoir les triangles et les piqûres épitaxiales, ont un impact significatif sur la défaillance et la dégradation caractéristique des dispositifs SiC MOSFET. L'existence de défauts triangulaires est la plus fatale, avec un taux de défaillance pouvant atteindre 93 %, se manifestant principalement par une augmentation significative des fuites inverses du dispositif. Les dispositifs contenant des défauts de piqûre d'épitaxie présentaient un taux de défaillance inférieur de 47 %. Cependant, les défauts de piqûre épitaxiale ont un impact plus important sur la tension de seuil du dispositif, les caractéristiques de conduction de la diode corporelle et la résistance à l'état passant que les défauts triangulaires.
Heure de publication : 16 avril 2024