三角欠陥
三角形欠陥は、SiC エピタキシャル層における最も致命的な形態的欠陥です。多数の文献報告は、三角形欠陥の形成が 3C 結晶形に関連していることを示しています。ただし、成長メカニズムが異なるため、エピタキシャル層の表面にある多くの三角形欠陥の形態はまったく異なります。大きく分けて以下の種類に分けられます。
(1) 上部に粒子が大きい三角形の欠陥がある
このタイプの三角形の欠陥は、上部に大きな球形の粒子があり、成長過程での落下物によって引き起こされる可能性があります。この頂点から下方向に、表面が粗い小さな三角形の領域が観察されます。これは、エピタキシャル プロセス中に 2 つの異なる 3C-SiC 層が三角形領域に連続して形成され、最初の層が界面で核生成され、4H-SiC ステップ フローを通じて成長するという事実によるものです。エピタキシャル層の厚さが増加すると、3C ポリタイプの 2 番目の層が核生成し、小さな三角形のピットで成長しますが、4H 成長ステップでは 3C ポリタイプ領域が完全には覆われず、3C-SiC の V 字型の溝領域が依然としてはっきりと残ります。見える
(2) 上部に小さな粒子があり、表面が粗い三角形の欠陥があります。
図 4.2 に示すように、このタイプの三角形欠陥の頂点の粒子ははるかに小さくなります。そして、三角形の領域の大部分は 4H-SiC のステップ フローで覆われています。つまり、3C-SiC 層全体が 4H-SiC 層の下に完全に埋め込まれています。三角形欠陥表面には 4H-SiC の成長ステップのみが見られますが、このステップは従来の 4H 結晶成長ステップよりもはるかに大きくなっています。
(3) 表面が滑らかな三角形の欠陥
このタイプの三角形の欠陥は、図 4.3 に示すように、滑らかな表面形態を持っています。このような三角欠陥では、3C-SiC層が4H-SiCのステップフローで覆われ、表面の4H結晶形がより微細かつ滑らかに成長します。
エピタキシャルピット欠陥
エピタキシャル ピット (ピット) は最も一般的な表面形態欠陥の 1 つであり、その典型的な表面形態と構造の概要を図 4.4 に示します。デバイス裏面の KOH エッチング後に観察された貫通転位 (TD) 腐食ピットの位置は、デバイス準備前のエピタキシャル ピットの位置と明確に一致しており、エピタキシャル ピット欠陥の形成が貫通転位に関連していることを示しています。
ニンジンの欠陥
キャロット欠陥は 4H-SiC エピタキシャル層によく見られる表面欠陥であり、その典型的な形態を図 4.5 に示します。キャロット欠陥は、階段状転位によって接続された基底面上に位置するフランコニアン積層欠陥と角柱状積層欠陥の交差によって形成されると報告されている。キャロット欠陥の形成が基板内の TSD に関連していることも報告されています。土田 博 ほかは、エピタキシャル層内のキャロット欠陥の密度が基板内の TSD の密度に比例することを発見しました。また、エピタキシャル成長前後の表面形態画像を比較することにより、観察されたすべてのキャロット欠陥が基板内の TSD に対応していることがわかります。ウー・Hら。らは、ラマン散乱試験の特性評価を使用して、キャロット欠陥には 3C 結晶形が含まれておらず、4H-SiC ポリタイプのみが含まれていることを発見しました。
MOSFETデバイス特性に対する三角欠陥の影響
図 4.7 は、三角形の欠陥を含むデバイスの 5 つの特性の統計的分布のヒストグラムです。青の点線がデバイスの特性劣化の分かれ目、赤の点線がデバイスの故障の分かれ目です。デバイスの故障では、三角形の欠陥が大きな影響を及ぼし、故障率は 93% を超えます。これは主に、デバイスの逆漏れ特性に対する三角形欠陥の影響によるものです。三角形欠陥を含む最大 93% のデバイスでは、逆リークが大幅に増加しています。さらに、三角欠陥はゲートリーク特性にも深刻な影響を及ぼし、その劣化率は60%に達します。表 4.2 に示すように、しきい値電圧の劣化とボディダイオードの特性劣化については、三角欠陥の影響は少なく、劣化率はそれぞれ 26%、33% です。オン抵抗増加の要因としては、三角欠陥の影響は弱く、劣化率は33%程度である。
MOSFETデバイス特性に対するエピタキシャルピット欠陥の影響
図 4.8 は、エピタキシャル ピット欠陥を含むデバイスの 5 つの特性の統計的分布のヒストグラムです。青の点線がデバイスの特性劣化の分かれ目、赤の点線がデバイスの故障の分かれ目です。このことから、SiC MOSFET サンプル内のエピタキシャル ピット欠陥を含むデバイスの数は、三角欠陥を含むデバイスの数に等しいことがわかります。エピタキシャルピット欠陥がデバイス特性に及ぼす影響は、三角形欠陥の影響とは異なります。デバイスの故障に関して言えば、エピタキシャル ピット欠陥を含むデバイスの故障率はわずか 47% です。三角形欠陥と比較して、エピタキシャルピット欠陥がデバイスの逆リーク特性とゲートリーク特性に与える影響は大幅に弱まり、表 4.3 に示すように、劣化率はそれぞれ 53% と 38% です。一方、エピタキシャルピット欠陥の閾値電圧特性、ボディダイオードの導通特性、オン抵抗への影響は三角欠陥よりも大きく、劣化率は38%に達します。
一般に、2 つの形態的欠陥、つまり三角形とエピタキシャル ピットは、SiC MOSFET デバイスの故障と特性劣化に大きな影響を与えます。三角形の欠陥の存在は最も致命的であり、故障率は 93% にも達し、主にデバイスの逆リークの大幅な増加として現れます。エピタキシャルピット欠陥を含むデバイスの故障率は 47% と低くなりました。ただし、エピタキシャルピット欠陥は、三角欠陥よりもデバイスのしきい値電圧、ボディダイオードの伝導特性、オン抵抗に大きな影響を与えます。
投稿日時: 2024 年 4 月 16 日