Difetto triangolare
I difetti triangolari sono i difetti morfologici più fatali negli strati epitassiali di SiC. Un gran numero di rapporti in letteratura hanno dimostrato che la formazione di difetti triangolari è correlata alla forma cristallina 3C. Tuttavia, a causa dei diversi meccanismi di crescita, la morfologia di molti difetti triangolari sulla superficie dello strato epitassiale è piuttosto diversa. Può essere grossolanamente suddiviso nelle seguenti tipologie:
(1) Sono presenti difetti triangolari con particelle grandi nella parte superiore
Questo tipo di difetto triangolare presenta una grande particella sferica nella parte superiore, che può essere causata dalla caduta di oggetti durante il processo di crescita. Da questo vertice, verso il basso, si osserva una piccola area triangolare con superficie ruvida. Ciò è dovuto al fatto che durante il processo epitassiale si formano successivamente due diversi strati 3C-SiC nell'area triangolare, di cui il primo strato è nucleato all'interfaccia e cresce attraverso il flusso a gradini 4H-SiC. All'aumentare dello spessore dello strato epitassiale, il secondo strato del politipo 3C nuclea e cresce in fossette triangolari più piccole, ma la fase di crescita 4H non copre completamente l'area del politipo 3C, rendendo l'area del solco a forma di V del 3C-SiC ancora chiaramente visibile
(2) Sono presenti piccole particelle nella parte superiore e difetti triangolari con superficie ruvida
Le particelle ai vertici di questo tipo di difetto triangolare sono molto più piccole, come mostrato nella Figura 4.2. E la maggior parte dell'area triangolare è coperta dal flusso a gradini di 4H-SiC, ovvero l'intero strato 3C-SiC è completamente incorporato sotto lo strato 4H-SiC. Sulla superficie del difetto triangolare si possono vedere solo le fasi di crescita del 4H-SiC, ma queste fasi sono molto più grandi delle fasi di crescita convenzionali del cristallo 4H.
(3) Difetti triangolari con superficie liscia
Questo tipo di difetto triangolare ha una morfologia superficiale liscia, come mostrato nella Figura 4.3. Per tali difetti triangolari, lo strato 3C-SiC è coperto dal flusso graduale di 4H-SiC e la forma cristallina 4H sulla superficie diventa più fine e liscia.
Difetti di fossa epitassiale
Le cavità epitassiali (Fosse) sono uno dei difetti morfologici superficiali più comuni e la loro tipica morfologia superficiale e il profilo strutturale sono mostrati nella Figura 4.4. La posizione dei solchi di corrosione della dislocazione della filettatura (TD) osservata dopo l'attacco KOH sul retro del dispositivo ha una chiara corrispondenza con la posizione dei solchi epitassiali prima della preparazione del dispositivo, indicando che la formazione di difetti dei solchi epitassiali è correlata alle dislocazioni della filettatura.
difetti della carota
I difetti a carota sono un difetto superficiale comune negli strati epitassiali 4H-SiC e la loro morfologia tipica è mostrata nella Figura 4.5. Si ritiene che il difetto della carota sia formato dall'intersezione di faglie di impilamento franconiane e prismatiche situate sul piano basale collegate da dislocazioni a gradino. È stato inoltre riportato che la formazione di difetti nella carota è correlata alla TSD nel substrato. Tsuchida H. et al. hanno scoperto che la densità dei difetti della carota nello strato epitassiale è proporzionale alla densità del TSD nel substrato. E confrontando le immagini della morfologia superficiale prima e dopo la crescita epitassiale, è possibile riscontrare che tutti i difetti della carota osservati corrispondono al TSD nel substrato. Wu H. et al. hanno utilizzato la caratterizzazione del test di diffusione Raman per scoprire che i difetti della carota non contenevano la forma cristallina 3C, ma solo il politipo 4H-SiC.
Effetto dei difetti triangolari sulle caratteristiche del dispositivo MOSFET
La Figura 4.7 è un istogramma della distribuzione statistica di cinque caratteristiche di un dispositivo contenente difetti triangolari. La linea tratteggiata blu è la linea di demarcazione per il degrado delle caratteristiche del dispositivo, mentre la linea tratteggiata rossa è la linea di demarcazione per il guasto del dispositivo. Per quanto riguarda i guasti del dispositivo, i difetti triangolari hanno un grande impatto e il tasso di guasto è superiore al 93%. Ciò è principalmente attribuito all'influenza dei difetti triangolari sulle caratteristiche di perdita inversa dei dispositivi. Fino al 93% dei dispositivi contenenti difetti triangolari presenta un aumento significativo della perdita inversa. Inoltre, i difetti triangolari hanno anche un grave impatto sulle caratteristiche di perdita del gate, con un tasso di degrado del 60%. Come mostrato nella Tabella 4.2, per il degrado della tensione di soglia e il degrado delle caratteristiche del diodo body, l'impatto dei difetti triangolari è piccolo e le proporzioni di degrado sono rispettivamente del 26% e del 33%. In termini di aumento della resistenza in conduzione, l'impatto dei difetti triangolari è debole e il rapporto di degradazione è di circa il 33%.
Effetto dei difetti dei pit epitassiali sulle caratteristiche del dispositivo MOSFET
La Figura 4.8 è un istogramma della distribuzione statistica di cinque caratteristiche di un dispositivo contenente difetti di fossa epitassiale. La linea tratteggiata blu è la linea di demarcazione per il degrado delle caratteristiche del dispositivo, mentre la linea tratteggiata rossa è la linea di demarcazione per il guasto del dispositivo. Da ciò si può vedere che il numero di dispositivi contenenti difetti di pit epitassiale nel campione MOSFET SiC è equivalente al numero di dispositivi contenenti difetti triangolari. L'impatto dei difetti a fossa epitassiale sulle caratteristiche del dispositivo è diverso da quello dei difetti triangolari. In termini di guasto del dispositivo, il tasso di guasto dei dispositivi contenenti difetti di fossa epitassiale è solo del 47%. Rispetto ai difetti triangolari, l'impatto dei difetti a fossa epitassiale sulle caratteristiche di perdita inversa e sulle caratteristiche di perdita del gate del dispositivo è significativamente indebolito, con rapporti di degradazione rispettivamente del 53% e del 38%, come mostrato nella Tabella 4.3. D'altra parte, l'impatto dei difetti dei pit epitassiali sulle caratteristiche della tensione di soglia, sulle caratteristiche di conduzione del diodo body e sulla resistenza è maggiore di quello dei difetti triangolari, con un rapporto di degradazione che raggiunge il 38%.
In generale, due difetti morfologici, vale a dire triangoli e fossette epitassiali, hanno un impatto significativo sul guasto e sul degrado caratteristico dei dispositivi MOSFET SiC. L'esistenza di difetti triangolari è quella più fatale, con un tasso di guasto pari al 93%, che si manifesta principalmente come un aumento significativo della perdita inversa del dispositivo. I dispositivi contenenti difetti di fossetta epitassiale presentavano un tasso di guasto inferiore, pari al 47%. Tuttavia, i difetti dei pit epitassiali hanno un impatto maggiore sulla tensione di soglia del dispositivo, sulle caratteristiche di conduzione del diodo body e sulla resistenza in conduzione rispetto ai difetti triangolari.
Orario di pubblicazione: 16 aprile 2024