Трикутний дефект
Трикутні дефекти є найбільш небезпечними морфологічними дефектами в епітаксіальних шарах SiC. Велика кількість літературних повідомлень показала, що утворення трикутних дефектів пов’язане з кристалічною формою 3C. Однак через різні механізми росту морфологія багатьох трикутних дефектів на поверхні епітаксіального шару є досить різною. Умовно його можна розділити на такі види:
(1) Є трикутні дефекти з великими частинками вгорі
Цей тип трикутного дефекту має велику сферичну частинку на вершині, яка може бути спричинена падінням предметів під час процесу росту. Униз від цієї вершини можна спостерігати невелику трикутну ділянку з шорсткою поверхнею. Це пов’язано з тим, що під час епітаксійного процесу в трикутній області послідовно утворюються два різних шари 3C-SiC, з яких перший шар зароджується на межі розділу та росте через ступінчастий потік 4H-SiC. У міру збільшення товщини епітаксійного шару другий шар політипу 3C зароджується і росте в менших трикутних ямках, але етап зростання 4H не повністю охоплює область політипу 3C, завдяки чому V-подібна зона канавки 3C-SiC залишається чіткою видно
(2) Зверху є дрібні частинки та трикутні дефекти з шорсткою поверхнею
Частинки у вершинах цього типу трикутного дефекту набагато менші, як показано на малюнку 4.2. І більша частина трикутної області покрита ступінчастим потоком 4H-SiC, тобто весь шар 3C-SiC повністю вбудований під шар 4H-SiC. На поверхні трикутного дефекту можна побачити лише кроки росту 4H-SiC, але ці кроки набагато більші, ніж звичайні етапи росту кристалів 4H.
(3) Трикутні дефекти з гладкою поверхнею
Цей тип трикутного дефекту має морфологію гладкої поверхні, як показано на малюнку 4.3. Для таких трикутних дефектів шар 3C-SiC покривається ступінчастим потоком 4H-SiC, і форма кристала 4H на поверхні стає більш тонкою та гладкою.
Епітаксіальні ямкові дефекти
Епітаксіальні ямки (піти) є одними з найпоширеніших дефектів морфології поверхні, їх типова морфологія поверхні та структурний контур показані на рисунку 4.4. Розташування корозійних ямок різьбових дислокацій (TD), які спостерігаються після травлення KOH на задній частині пристрою, чітко відповідає розташуванню епітаксіальних ямок до підготовки пристрою, що вказує на те, що утворення епітаксіальних дефектів ямок пов’язане з різьбовими дислокаціями.
дефекти моркви
Дефекти «морква» є звичайним дефектом поверхні епітаксійних шарів 4H-SiC, і їх типова морфологія показана на малюнку 4.5. Повідомляється, що дефект моркви утворений перетином франконських і призматичних дефектів упаковки, розташованих на базальній площині, з’єднаних ступінчастими дислокаціями. Також повідомлялося, що утворення дефектів моркви пов’язане з TSD в субстраті. Tsuchida H. та ін. встановлено, що щільність дефектів моркви в епітаксіальному шарі пропорційна щільності ТСД в підкладці. Порівнюючи зображення морфології поверхні до і після епітаксійного росту, можна виявити, що всі спостережувані дефекти моркви відповідають TSD в субстраті. Wu H. та ін. використовував тест комбінаційного розсіювання, щоб виявити, що дефекти моркви не містять кристалічної форми 3C, а лише політип 4H-SiC.
Вплив трикутних дефектів на характеристики пристрою MOSFET
На рисунку 4.7 зображено гістограму статистичного розподілу п’яти характеристик пристрою, що містить трикутні дефекти. Синя пунктирна лінія є розділовою лінією для погіршення характеристик пристрою, а червона пунктирна лінія є розділовою лінією для відмови пристрою. Трикутні дефекти мають великий вплив на поломку пристрою, і рівень відмов перевищує 93%. Це в основному пояснюється впливом трикутних дефектів на характеристики зворотного витоку пристроїв. До 93% пристроїв, що містять трикутні дефекти, мають значно підвищений зворотний витік. Крім того, трикутні дефекти також мають серйозний вплив на характеристики витоку затвора, зі швидкістю погіршення 60%. Як показано в таблиці 4.2, для деградації порогової напруги та деградації характеристики корпусного діода вплив трикутних дефектів невеликий, а пропорції деградації становлять 26% і 33% відповідно. З точки зору підвищення опору увімкнення, вплив трикутних дефектів є слабким, а коефіцієнт деградації становить близько 33%.
Вплив епітаксіальних ямкових дефектів на характеристики пристрою MOSFET
На рисунку 4.8 наведено гістограму статистичного розподілу п’яти характеристик пристрою, що містить епітаксіальні ямкові дефекти. Синя пунктирна лінія є розділовою лінією для погіршення характеристик пристрою, а червона пунктирна лінія є розділовою лінією для відмови пристрою. Звідси видно, що кількість пристроїв, що містять епітаксіальні ямкові дефекти в зразку SiC MOSFET, еквівалентна кількості пристроїв, що містять трикутні дефекти. Вплив епітаксіальних ямкових дефектів на характеристики пристрою відрізняється від впливу трикутних дефектів. З точки зору відмов пристроїв, частота відмов пристроїв, що містять епітаксіальні дефекти, становить лише 47%. Порівняно з трикутними дефектами, вплив епітаксіальних ямкових дефектів на характеристики зворотного витоку та характеристики витоку затвора пристрою значно послаблений, із коефіцієнтами деградації 53% та 38% відповідно, як показано в таблиці 4.3. З іншого боку, вплив епітаксіальних ямкових дефектів на характеристики порогової напруги, характеристики провідності корпусного діода та опір увімкнення є більшим, ніж вплив трикутних дефектів, із коефіцієнтом деградації, що досягає 38%.
Загалом, два морфологічні дефекти, а саме трикутники та епітаксіальні ямки, мають значний вплив на поломку та характерну деградацію пристроїв SiC MOSFET. Існування трикутних дефектів є найбільш фатальним, з частотою відмов до 93%, головним чином проявляється як значне збільшення зворотного витоку пристрою. Пристрої, що містять епітаксіальні дефекти, мали нижчий відсоток відмов – 47%. Однак епітаксіальні ямкові дефекти мають більший вплив на порогову напругу пристрою, характеристики провідності корпусного діода та опір увімкнення, ніж трикутні дефекти.
Час публікації: 16 квітня 2024 р