삼각결함
삼각형 결함은 SiC 에피택셜 층에서 가장 치명적인 형태학적 결함입니다. 다수의 문헌 보고에 따르면 삼각형 결함의 형성은 3C 결정 형태와 관련이 있는 것으로 나타났습니다. 그러나 서로 다른 성장 메커니즘으로 인해 에피택셜 층 표면의 많은 삼각형 결함의 형태는 상당히 다릅니다. 대략 다음과 같은 유형으로 나눌 수 있습니다.
(1) 상단에 큰 입자가 있는 삼각형 결함이 있음
이러한 유형의 삼각형 결함은 상단에 큰 구형 입자가 있으며 이는 성장 과정에서 물체가 낙하하여 발생할 수 있습니다. 이 정점에서 아래쪽으로 표면이 거친 작은 삼각형 영역을 관찰할 수 있습니다. 이는 에피택시 공정 중에 두 개의 서로 다른 3C-SiC 층이 삼각형 영역에 연속적으로 형성되고, 그 중 첫 번째 층이 경계면에서 핵생성되고 4H-SiC 단계 흐름을 통해 성장하기 때문입니다. 에피택셜 층의 두께가 증가함에 따라 3C 폴리타입의 두 번째 층은 핵을 생성하고 더 작은 삼각형 피트에서 성장하지만 4H 성장 단계는 3C 폴리타입 영역을 완전히 덮지 못하여 3C-SiC의 V자형 홈 영역을 여전히 명확하게 만듭니다. 보이는
(2) 상부에 작은 입자가 있고 표면이 거친 삼각형 결함이 있음
그림 4.2에 표시된 것처럼 이러한 유형의 삼각형 결함 꼭지점에 있는 입자는 훨씬 작습니다. 그리고 삼각형 영역의 대부분은 4H-SiC의 계단 흐름으로 덮여 있습니다. 즉, 3C-SiC 층 전체가 4H-SiC 층 아래에 완전히 매립되어 있습니다. 삼각형 결함 표면에서는 4H-SiC의 성장 단계만 볼 수 있지만 이러한 단계는 기존의 4H 결정 성장 단계보다 훨씬 큽니다.
(3) 표면이 매끄러운 삼각형 결함
이러한 유형의 삼각형 결함은 그림 4.3과 같이 매끄러운 표면 형태를 갖습니다. 이러한 삼각형 결함의 경우 3C-SiC 층은 4H-SiC의 계단 흐름으로 덮이고 표면의 4H 결정 형태는 더 미세하고 매끄러워집니다.
에피택셜 피트 결함
에피택셜 피트(Pits)는 가장 일반적인 표면 형태 결함 중 하나이며 일반적인 표면 형태와 구조적 개요가 그림 4.4에 나와 있습니다. 장치 뒷면의 KOH 에칭 후 관찰된 TD(스레딩 전위) 부식 피트의 위치는 장치 준비 전의 에피택셜 피트 위치와 명확하게 일치하며, 이는 에피택셜 피트 결함의 형성이 스레드 전위와 관련이 있음을 나타냅니다.
당근 결함
당근 결함은 4H-SiC 에피택시층의 일반적인 표면 결함이며 일반적인 형태는 그림 4.5에 나와 있습니다. 당근 결함은 계단형 전위로 연결된 기저면에 위치한 프랑코니언 결함과 프리즘형 적층 결함의 교차점에 의해 형성되는 것으로 보고되었습니다. 또한 당근 결함의 형성은 기판의 TSD와 관련이 있는 것으로 보고되었습니다. Tsuchida H.et al. 에피텍셜 층의 당근 결함 밀도는 기판의 TSD 밀도에 비례한다는 것을 발견했습니다. 그리고 에피택셜 성장 전후의 표면 형태 이미지를 비교함으로써 관찰된 모든 당근 결함은 기판의 TSD에 해당하는 것을 알 수 있습니다. Wu H. et al. 라만 산란 테스트 특성화를 사용하여 당근 결함에 3C 결정 형태가 포함되지 않고 4H-SiC 폴리타입만 포함되어 있음을 확인했습니다.
MOSFET 장치 특성에 대한 삼각형 결함의 영향
그림 4.7은 삼각형 결함이 포함된 장치의 5가지 특성에 대한 통계적 분포를 보여주는 히스토그램입니다. 파란색 점선은 기기 특성 열화 구분선이고, 빨간색 점선은 기기 불량 구분선입니다. 장치 고장의 경우 삼각형 결함이 큰 영향을 미치며 고장률은 93% 이상입니다. 이는 주로 장치의 역누설 특성에 대한 삼각형 결함의 영향에 기인합니다. 삼각형 결함을 포함하는 장치의 최대 93%에서 역방향 누출이 크게 증가했습니다. 또한, 삼각형 결함 역시 게이트 누설 특성에 심각한 영향을 미치며 열화율은 60%에 이른다. 표 4.2에서 볼 수 있듯이 문턱전압 저하와 바디 다이오드 특성 저하의 경우 삼각결함의 영향이 작으며 열화 비율은 각각 26%와 33%이다. 온저항 증가를 유발한다는 점에서는 삼각결함의 영향이 약하고 열화율은 33% 정도이다.
MOSFET 장치 특성에 대한 에피택셜 피트 결함의 영향
그림 4.8은 에피택셜 피트 결함을 포함하는 장치의 5가지 특성에 대한 통계적 분포를 보여주는 히스토그램입니다. 파란색 점선은 기기 특성 열화 구분선이고, 빨간색 점선은 기기 불량 구분선입니다. 이를 통해 SiC MOSFET 샘플에서 에피택셜 피트 결함을 포함하는 디바이스의 수는 삼각형 결함을 포함하는 디바이스의 수와 동일하다는 것을 알 수 있습니다. 장치 특성에 대한 에피택셜 피트 결함의 영향은 삼각형 결함의 영향과 다릅니다. 장치 고장 측면에서 에피택셜 피트 결함이 있는 장치의 고장률은 47%에 불과합니다. 삼각형 결함과 비교하여, 에피택시 피트 결함이 장치의 역방향 누설 특성 및 게이트 누설 특성에 미치는 영향은 표 4.3에서 볼 수 있듯이 각각 53% 및 38%의 열화 비율로 상당히 약해졌습니다. 반면, 에피택셜 피트 결함이 임계 전압 특성, 바디 다이오드 전도 특성 및 온저항에 미치는 영향은 삼각 결함보다 크며 열화율은 38%에 이릅니다.
일반적으로 두 가지 형태적 결함, 즉 삼각형과 에피택셜 피트는 SiC MOSFET 장치의 고장 및 특성 저하에 큰 영향을 미칩니다. 삼각형 결함의 존재는 가장 치명적이며 고장률이 93%에 달하며 주로 장치의 역누설이 크게 증가하는 것으로 나타납니다. 에피택셜 피트 결함을 포함하는 장치의 실패율은 47%로 낮았습니다. 그러나 에피택시 피트 결함은 삼각형 결함보다 장치의 임계 전압, 바디 다이오드 전도 특성 및 온저항에 더 큰 영향을 미칩니다.
게시 시간: 2024년 4월 16일