פגם משולש
פגמים משולשים הם הפגמים המורפולוגיים הקטלניים ביותר בשכבות האפיטקסיאליות של SiC. מספר רב של דיווחי ספרות הראו כי היווצרות פגמים משולשים קשורה לצורת הגביש 3C. עם זאת, בשל מנגנוני גדילה שונים, המורפולוגיה של פגמים משולשים רבים על פני השכבה האפיטקסיאלית שונה למדי. ניתן לחלק אותו באופן גס לסוגים הבאים:
(1) ישנם פגמים משולשים עם חלקיקים גדולים בחלק העליון
לסוג זה של פגם משולש יש חלקיק כדורי גדול בחלק העליון, שעלול להיגרם מנפילת עצמים במהלך תהליך הגדילה. ניתן להבחין בשטח משולש קטן עם משטח מחוספס כלפי מטה מקודקוד זה. זאת בשל העובדה שבמהלך התהליך האפיטקסיאלי, נוצרות ברצף שתי שכבות 3C-SiC בשטח המשולש, מהן השכבה הראשונה גרעינית בממשק וצומחת דרך זרימת הצעד 4H-SiC. ככל שעובי השכבה האפיטקסיאלית גדל, השכבה השנייה של 3C polytype מתגבשת וצומחת בבורות משולשים קטנים יותר, אך שלב הגידול 4H אינו מכסה לחלוטין את שטח הפוליטייפ 3C, מה שהופך את אזור החריץ בצורת V של 3C-SiC עדיין בבירור נִרְאֶה
(2) ישנם חלקיקים קטנים בחלק העליון ופגמים משולשים עם משטח מחוספס
החלקיקים בקודקודים של פגם משולש מסוג זה קטנים בהרבה, כפי שמוצג באיור 4.2. ורוב השטח המשולש מכוסה על ידי זרימת צעדים של 4H-SiC, כלומר, כל שכבת 3C-SiC מוטבעת לחלוטין מתחת לשכבת 4H-SiC. ניתן לראות רק את שלבי הגדילה של 4H-SiC על פני הפגם המשולש, אך שלבים אלה גדולים בהרבה משלבי הצמיחה הקונבנציונליים של גבישי 4H.
(3) פגמים משולשים עם משטח חלק
לסוג זה של פגם משולש יש מורפולוגיה של משטח חלק, כפי שמוצג באיור 4.3. עבור פגמים משולשים כאלה, שכבת 3C-SiC מכוסה על ידי זרימת צעדים של 4H-SiC, וצורת הגביש 4H על פני השטח גדלה עדינה וחלקה יותר.
פגמים בבור אפיטקסיאלי
בורות אפיטקסיאליים (Pits) הם אחד מהפגמים המורפולוגיים של פני השטח הנפוצים ביותר, ומורפולוגיה אופיינית של פני השטח והמתאר המבני שלהם מוצגים באיור 4.4. למיקום בורות הקורוזיה של נקע בהברגה (TD) שנצפו לאחר תחריט KOH בגב המכשיר יש התאמה ברורה למיקום הבורות האפיטקסיאליים לפני הכנת המכשיר, מה שמעיד על כך שהיווצרות פגמים בורות אפיטקסיאליים קשורה לפריקות הברגה.
פגמים בגזר
פגמים בגזר הם פגם משטח נפוץ בשכבות אפיטקסיאליות 4H-SiC, והמורפולוגיה האופיינית שלהם מוצגת באיור 4.5. מדווח כי פגם הגזר נוצר על ידי הצטלבות של שגיאות ערימה פרנקוניות ומנסרות הממוקמות במישור הבסיסי המחוברים בנקעים דמויי מדרגות. כמו כן, דווח כי היווצרות פגמי גזר קשורה ל-TSD במצע. צוכידא ח' ואח'. נמצא שצפיפות פגמי הגזר בשכבה האפיטקסיאלית היא פרופורציונלית לצפיפות ה-TSD במצע. ועל ידי השוואת תמונות המורפולוגיה של פני השטח לפני ואחרי הצמיחה האפיטקסיאלית, ניתן למצוא את כל פגמי הגזר שנצפו כמתאימים ל-TSD במצע. Wu H. et al. השתמש באפיון מבחן פיזור ראמאן כדי לגלות שפגמי הגזר לא הכילו את צורת הגביש 3C, אלא רק את הפוליטייפ 4H-SiC.
השפעת פגמים משולשים על מאפייני מכשיר MOSFET
איור 4.7 הוא היסטוגרמה של ההתפלגות הסטטיסטית של חמישה מאפיינים של מכשיר המכיל פגמים משולשים. הקו המקווקו הכחול הוא הקו המפריד לפגיעה במאפייני המכשיר, והקו המקווקו האדום הוא הקו המפריד לכשל במכשיר. לכשל במכשיר, לפגמים משולשים יש השפעה רבה, ושיעור הכשלים גבוה מ-93%. זה מיוחס בעיקר להשפעה של פגמים משולשים על מאפייני הדליפה ההפוכה של מכשירים. עד 93% מהמכשירים המכילים פגמים משולשים הגדילו משמעותית את הדליפה ההפוכה. בנוסף, לפגמים המשולשים יש גם השפעה חמורה על מאפייני דליפת השער, עם שיעור השפלה של 60%. כפי שמוצג בטבלה 4.2, עבור השפלת מתח הסף והשפלה אופיינית של דיודות הגוף, ההשפעה של פגמים משולשים קטנה, ופרופורציות השפלה הן 26% ו-33% בהתאמה. מבחינת גרימת עלייה בהתנגדות, ההשפעה של פגמים משולשים היא חלשה, ויחס הפירוק הוא כ-33%.
השפעת פגמי בור אפיטקסיאליים על מאפייני מכשיר MOSFET
איור 4.8 הוא היסטוגרמה של ההתפלגות הסטטיסטית של חמישה מאפיינים של מכשיר המכיל פגמים בבור אפיטקסיאלי. הקו המקווקו הכחול הוא הקו המפריד לפגיעה במאפייני המכשיר, והקו המקווקו האדום הוא הקו המפריד לכשל במכשיר. ניתן לראות מכך שמספר המכשירים המכילים פגמים בבור אפיטקסיאלי בדגימת SiC MOSFET שווה ערך למספר המכשירים המכילים פגמים משולשים. ההשפעה של פגמים אפיטקסיאליים על מאפייני המכשיר שונה מזו של פגמים משולשים. במונחים של כשל במכשיר, שיעור הכשל של מכשירים המכילים פגמי בור אפיטקסיאלי הוא 47% בלבד. בהשוואה לפגמים משולשים, ההשפעה של פגמי בור אפיטקסיאליים על מאפייני הדליפה ההפוכה ומאפייני דליפת השער של המכשיר נחלשת משמעותית, עם יחסי השפלה של 53% ו-38% בהתאמה, כפי שמוצג בטבלה 4.3. מצד שני, ההשפעה של פגמי בור אפיטקסיאליים על מאפייני מתח הסף, מאפייני הולכה של דיודות הגוף והתנגדות הפעלה גדולה מזו של פגמים משולשים, כאשר יחס הפירוק מגיע ל-38%.
באופן כללי, לשני פגמים מורפולוגיים, כלומר משולשים ובורות אפיטקסיאליים, יש השפעה משמעותית על הכשל וההשפלה האופיינית של התקני SiC MOSFET. קיומם של פגמים משולשים הוא הקטלני ביותר, עם שיעור תקלות של עד 93%, המתבטא בעיקר בעלייה משמעותית בדליפה הפוכה של המכשיר. התקנים המכילים פגמים בבור אפיטקסיאלי היו בעלי שיעור כשל נמוך יותר של 47%. עם זאת, לפגמים בבור האפיטקסיאלי יש השפעה גדולה יותר על מתח הסף של המכשיר, מאפייני הולכה של דיודות הגוף והתנגדות ההפעלה מאשר פגמים משולשים.
זמן פרסום: 16 באפריל 2024