Driehoekig defect
Driehoekige defecten zijn de meest fatale morfologische defecten in epitaxiale SiC-lagen. Een groot aantal literatuurrapporten heeft aangetoond dat de vorming van driehoekige defecten verband houdt met de 3C-kristalvorm. Als gevolg van verschillende groeimechanismen is de morfologie van veel driehoekige defecten op het oppervlak van de epitaxiale laag echter behoorlijk verschillend. Het kan grofweg worden onderverdeeld in de volgende typen:
(1) Er zijn driehoekige defecten met grote deeltjes bovenaan
Dit type driehoeksdefect heeft bovenaan een groot bolvormig deeltje, dat veroorzaakt kan worden door vallende voorwerpen tijdens het groeiproces. Vanaf dit hoekpunt kan naar beneden een klein driehoekig gebied met een ruw oppervlak worden waargenomen. Dit komt door het feit dat tijdens het epitaxiale proces achtereenvolgens twee verschillende 3C-SiC-lagen worden gevormd in het driehoekige gebied, waarvan de eerste laag op het grensvlak wordt gekiemd en door de 4H-SiC-stapstroom groeit. Naarmate de dikte van de epitaxiale laag toeneemt, kiemt de tweede laag van het 3C-polytype en groeit deze in kleinere driehoekige putjes, maar de 4H-groeistap bedekt het 3C-polytype-gebied niet volledig, waardoor het V-vormige groefgebied van 3C-SiC nog steeds duidelijk zichtbaar is. zichtbaar
(2) Er zijn kleine deeltjes aan de bovenkant en driehoekige defecten met een ruw oppervlak
De deeltjes bij de hoekpunten van dit type driehoeksdefect zijn veel kleiner, zoals weergegeven in figuur 4.2. En het grootste deel van het driehoekige gebied wordt bedekt door de stapsgewijze stroom van 4H-SiC, dat wil zeggen dat de gehele 3C-SiC-laag volledig is ingebed onder de 4H-SiC-laag. Op het driehoekige defectoppervlak zijn alleen de groeistappen van 4H-SiC te zien, maar deze stappen zijn veel groter dan de conventionele 4H-kristalgroeistappen.
(3) Driehoekige defecten met glad oppervlak
Dit type driehoekig defect heeft een gladde oppervlaktemorfologie, zoals weergegeven in figuur 4.3. Bij dergelijke driehoekige defecten wordt de 3C-SiC-laag bedekt door de stapsgewijze stroming van 4H-SiC, en wordt de 4H-kristalvorm op het oppervlak fijner en gladder.
Epitaxiale putdefecten
Epitaxiale putten (Pits) zijn een van de meest voorkomende defecten in de oppervlaktemorfologie, en hun typische oppervlaktemorfologie en structurele omtrek worden weergegeven in figuur 4.4. De locatie van de threading dislocatie (TD) corrosieputten waargenomen na KOH-etsen op de achterkant van het apparaat komt duidelijk overeen met de locatie van de epitaxiale putten vóór de voorbereiding van het apparaat, wat aangeeft dat de vorming van epitaxiale putdefecten verband houdt met threading-dislocaties.
wortel gebreken
Worteldefecten zijn een veel voorkomend oppervlaktedefect in epitaxiale 4H-SiC-lagen, en hun typische morfologie wordt getoond in figuur 4.5. Er wordt gerapporteerd dat het worteldefect wordt gevormd door de kruising van Frankische en prismatische stapelfouten op het basale vlak, verbonden door stapvormige dislocaties. Er is ook gemeld dat de vorming van worteldefecten verband houdt met TSD in het substraat. Tsuchida H. et al. ontdekte dat de dichtheid van worteldefecten in de epitaxiale laag evenredig is met de dichtheid van TSD in het substraat. En door de oppervlaktemorfologiebeelden voor en na epitaxiale groei te vergelijken, kunnen alle waargenomen worteldefecten overeenkomen met de TSD in het substraat. Wu H. et al. gebruikte Raman-verstrooiingstestkarakterisering om te ontdekken dat de worteldefecten niet de 3C-kristalvorm bevatten, maar alleen het 4H-SiC-polytype.
Effect van driehoekige defecten op de kenmerken van MOSFET-apparaten
Figuur 4.7 is een histogram van de statistische verdeling van vijf kenmerken van een apparaat met driehoekige defecten. De blauwe stippellijn is de scheidslijn voor de verslechtering van de apparaatkarakteristieken, en de rode stippellijn is de scheidslijn voor apparaatstoringen. Bij apparaatstoringen hebben driehoekige defecten een grote impact, en het uitvalpercentage is groter dan 93%. Dit wordt voornamelijk toegeschreven aan de invloed van driehoekige defecten op de omgekeerde lekkarakteristieken van apparaten. Tot 93% van de apparaten met driehoekige defecten hebben een aanzienlijk verhoogde omgekeerde lekkage. Bovendien hebben de driehoekige defecten ook een ernstige impact op de lekkarakteristieken van de poort, met een degradatiepercentage van 60%. Zoals weergegeven in Tabel 4.2 is voor de degradatie van de drempelspanning en de degradatie van de karakteristieken van de lichaamsdiode de impact van driehoekige defecten klein, en bedragen de degradatieverhoudingen respectievelijk 26% en 33%. In termen van het veroorzaken van een toename van de aan-weerstand is de impact van driehoekige defecten zwak en bedraagt de degradatieratio ongeveer 33%.
Effect van epitaxiale putdefecten op de kenmerken van MOSFET-apparaten
Figuur 4.8 is een histogram van de statistische verdeling van vijf kenmerken van een apparaat dat epitaxiale putdefecten bevat. De blauwe stippellijn is de scheidslijn voor de verslechtering van de apparaatkarakteristieken, en de rode stippellijn is de scheidslijn voor apparaatstoringen. Hieruit blijkt dat het aantal apparaten met epitaxiale putdefecten in het SiC MOSFET-monster equivalent is aan het aantal apparaten met driehoekige defecten. De impact van epitaxiale putdefecten op de apparaatkarakteristieken is anders dan die van driehoekige defecten. In termen van apparaatstoringen bedraagt het uitvalpercentage van apparaten met epitaxiale putdefecten slechts 47%. Vergeleken met driehoekige defecten is de impact van epitaxiale putdefecten op de omgekeerde lekkarakteristieken en poortlekkarakteristieken van het apparaat aanzienlijk verzwakt, met degradatieverhoudingen van respectievelijk 53% en 38%, zoals weergegeven in Tabel 4.3. Aan de andere kant is de impact van epitaxiale putdefecten op de drempelspanningskarakteristieken, de geleidingskarakteristieken van de lichaamsdiode en de aan-weerstand groter dan die van driehoekige defecten, waarbij de degradatieverhouding 38% bereikt.
Over het algemeen hebben twee morfologische defecten, namelijk driehoeken en epitaxiale putten, een aanzienlijke impact op het falen en de karakteristieke degradatie van SiC MOSFET-apparaten. Het bestaan van driehoekige defecten is het meest fataal, met een uitvalpercentage van wel 93%, wat zich vooral manifesteert als een significante toename van de omgekeerde lekkage van het apparaat. Apparaten met epitaxiale putdefecten hadden een lager uitvalpercentage van 47%. Epitaxiale putdefecten hebben echter een grotere impact op de drempelspanning, de geleidingskarakteristieken van de lichaamsdiode en de aan-weerstand dan driehoekige defecten.
Posttijd: 16 april 2024