Треугольный дефект
Треугольные дефекты являются наиболее опасными морфологическими дефектами эпитаксиальных слоев SiC. В большом количестве литературных данных показано, что образование треугольных дефектов связано с кристаллической формой 3С. Однако из-за разных механизмов роста морфология многих треугольных дефектов на поверхности эпитаксиального слоя существенно различается. Условно его можно разделить на следующие виды:
(1) Имеются треугольные дефекты с крупными частицами вверху.
Этот тип треугольного дефекта имеет большую сферическую частицу наверху, что может быть вызвано падением предметов в процессе роста. От этой вершины вниз можно наблюдать небольшую треугольную область с шероховатой поверхностью. Это связано с тем, что в ходе эпитаксиального процесса в треугольной области последовательно формируются два разных слоя 3C-SiC, из которых первый слой зарождается на границе раздела и растет за счет ступенчатого течения 4H-SiC. По мере увеличения толщины эпитаксиального слоя второй слой политипа 3C зарождается и растет в меньших треугольных ямках, но стадия роста 4H не полностью покрывает область политипа 3C, поэтому V-образная область канавок 3C-SiC все еще отчетливо видна. видимый
(2) Имеются мелкие частицы вверху и треугольные дефекты с шероховатой поверхностью.
Частицы в вершинах треугольного дефекта этого типа намного меньше, как показано на рисунке 4.2. Причем большая часть треугольной области покрыта ступенчатым потоком 4H-SiC, то есть весь слой 3C-SiC полностью погружен под слой 4H-SiC. На треугольной поверхности дефекта можно увидеть только ступени роста 4H-SiC, но эти ступени намного больше, чем обычные ступени роста кристаллов 4H.
(3) Треугольные дефекты с гладкой поверхностью.
Этот тип треугольного дефекта имеет гладкую поверхность, как показано на рисунке 4.3. Для таких треугольных дефектов слой 3C-SiC покрывается ступенчатым потоком 4H-SiC, и кристаллическая форма 4H на поверхности становится более мелкой и гладкой.
Эпитаксиальные дефекты ямок
Эпитаксиальные ямки (ямки) являются одним из наиболее распространенных дефектов морфологии поверхности, их типичная морфология поверхности и структурный контур показаны на рисунке 4.4. Расположение коррозионных ямок резьбовых дислокаций (ТД), наблюдаемых после травления КОН на тыльной стороне устройства, имеет четкое соответствие с расположением эпитаксиальных ямок до подготовки устройства, что указывает на то, что образование эпитаксиальных дефектов ямок связано с резьбовыми дислокациями.
дефекты моркови
Дефекты «морковь» являются распространенным поверхностным дефектом в эпитаксиальных слоях 4H-SiC, их типичная морфология показана на рисунке 4.5. Сообщается, что морковный дефект образован пересечением франконских и призматических дефектов упаковки, расположенных на базисной плоскости и соединенных ступенчатыми дислокациями. Также сообщалось, что образование дефектов моркови связано с ТСД в субстрате. Цучида Х. и др. обнаружили, что плотность морковных дефектов в эпитаксиальном слое пропорциональна плотности ТСД в подложке. А сравнивая изображения морфологии поверхности до и после эпитаксиального роста, можно обнаружить, что все наблюдаемые дефекты моркови соответствуют ТСД в подложке. Ву Х. и др. использовали характеристики теста комбинационного рассеяния света, чтобы обнаружить, что дефекты «морковь» не содержат кристаллической формы 3C, а только политипа 4H-SiC.
Влияние треугольных дефектов на характеристики MOSFET-устройства
На рисунке 4.7 представлена гистограмма статистического распределения пяти характеристик устройства, содержащего треугольные дефекты. Синяя пунктирная линия — это разделительная линия для ухудшения характеристик устройства, а красная пунктирная линия — разделительная линия для отказа устройства. На отказ устройства большое влияние оказывают треугольные дефекты, а частота отказов превышает 93%. В основном это связано с влиянием треугольных дефектов на характеристики обратной утечки устройств. До 93% устройств, содержащих треугольные дефекты, имеют существенно повышенную обратную утечку. Кроме того, треугольные дефекты также оказывают серьезное влияние на характеристики утечки затвора, степень ухудшения которых составляет 60%. Как показано в Таблице 4.2, на ухудшение порогового напряжения и ухудшение характеристик основного диода влияние треугольных дефектов невелико, а пропорции ухудшения составляют 26% и 33% соответственно. С точки зрения увеличения сопротивления включения влияние треугольных дефектов слабое, а степень деградации составляет около 33%.
Влияние дефектов эпитаксиальных ямок на характеристики MOSFET-устройства
На рисунке 4.8 представлена гистограмма статистического распределения пяти характеристик устройства, содержащего эпитаксиальные дефекты. Синяя пунктирная линия — это разделительная линия для ухудшения характеристик устройства, а красная пунктирная линия — разделительная линия для отказа устройства. Из этого видно, что количество устройств, содержащих эпитаксиальные ямки в образце SiC MOSFET, эквивалентно количеству устройств, содержащих треугольные дефекты. Влияние эпитаксиальных ямок на характеристики устройства отличается от влияния треугольных дефектов. Что касается отказов устройств, частота отказов устройств, содержащих эпитаксиальные дефекты, составляет всего 47%. По сравнению с треугольными дефектами, влияние эпитаксиальных дефектов ямок на характеристики обратной утечки и характеристики утечки затвора устройства значительно ослаблено со степенью ухудшения 53% и 38% соответственно, как показано в Таблице 4.3. С другой стороны, влияние эпитаксиальных дефектов на пороговые напряжения, характеристики проводимости корпусного диода и сопротивление открытого состояния больше, чем у треугольных дефектов, при этом степень деградации достигает 38%.
В целом, два морфологических дефекта, а именно треугольники и эпитаксиальные ямки, оказывают существенное влияние на выход из строя и характерную деградацию устройств SiC MOSFET. Наличие треугольных дефектов является наиболее фатальным, частота отказов достигает 93%, что проявляется в основном в значительном увеличении обратной утечки устройства. У устройств, содержащих эпитаксиальные дефекты, частота отказов была ниже — 47%. Однако эпитаксиальные дефекты ямок оказывают большее влияние на пороговое напряжение устройства, характеристики проводимости корпуса диода и сопротивление открытого состояния, чем треугольные дефекты.
Время публикации: 16 апреля 2024 г.