PAM-XIAMEN kann SiC-Epitaxiewafer für MOSFET-Geräte liefern. Weitere Informationen finden Sie unter:https://www.powerwaywafer.com/sic-mosfet-structure.html. Der Epitaxieprozess von SiC führt zwangsläufig zu verschiedenen Defekten, die die Leistung und Zuverlässigkeit von SiC-Leistungsbauelementen beeinträchtigen. Im Folgenden untersuchen wir speziell die Auswirkungen von Dreiecksdefekten auf die Leistung von SiC-MOSFET-Geräten.

1. Was sind Dreiecksfehler?

Ein Dreieckdefekt ist ein 3C-SiC-Polytyp-Einschluss, der sich entlang der Basisebenenrichtung bis zur Oberfläche der SiC-Epitaxieschicht erstreckt. Es kann durch herabfallende Partikel auf der Oberfläche der epitaktischen SiC-Schicht während des epitaktischen Wachstumsprozesses entstehen. Die Partikel sind in die Epitaxieschicht eingebettet und stören den Wachstumsprozess, was zu 3C-SiC-Polytyp-Einschlüssen führt, die scharfe dreieckige Oberflächenmerkmale aufweisen, wobei sich die Partikel an den Spitzen des dreieckigen Bereichs befinden. Viele Studien führen den Ursprung polymorpher Einschlüsse auch auf falsche Parameter wie Oberflächenkratzer, Mikrotubuli und Wachstumsprozesse zurück.

Aufgrund unterschiedlicher Wachstumsmechanismen gibt es jedoch erhebliche Unterschiede in der Morphologie vieler Dreiecksdefekte auf der Oberfläche der Epitaxieschicht. Man kann sie grob in folgende Typen einteilen:

1.1 Dreiecksdefekt mit großen Partikeln an der Spitze

Bei dieser Art von Dreiecksdefekt befindet sich an der Spitze ein großes kugelförmiges Partikel, das durch herabfallende Gegenstände während des Wachstumsprozesses verursacht werden kann. In Abwärtsrichtung des Scheitels ist ein kleiner dreieckiger Bereich mit rauer Oberfläche zu erkennen. Dies liegt daran, dass während des Epitaxieprozesses nacheinander zwei verschiedene 3C-SiC-Schichten im Dreiecksbereich gebildet wurden, wobei die erste Schicht an der Grenzfläche Keime bildete und durch 4H-SiC-Stufenfluss wuchs. Mit zunehmender Dicke der Epitaxieschicht bildet sich in der zweiten Schicht des 3C-Polytyps Keime und wächst in kleineren Dreiecksvertiefungen, aber der 4H-Wachstumsschritt deckt den Bereich des 3C-Polytyps nicht vollständig ab, sodass der V-förmige Rillenbereich von 3C-SiC immer noch deutlich sichtbar ist sichtbar, dargestellt wie in Abb. 1.

Abb. 1 Oberflächenmorphologie von Dreiecksdefekten mit großen Partikeln an der Spitze

1.2 Kleine Partikel an der Spitze und grobe Dreiecksdefekte an der Oberfläche

Die Partikel an den Spitzen dieser Art von Dreiecksdefekten sind viel kleiner, wie in Abb. 2 dargestellt. Und die meisten Dreiecksbereiche sind vom Stufenfluss aus 4H-SiC bedeckt, d. h. die gesamte 3C-SiC-Schicht ist vollständig unterhalb der 4H-SiC-Schicht eingebettet. Auf der Dreiecksdefektoberfläche sind nur die Wachstumsschritte von 4H-SiC zu erkennen, diese Schritte sind jedoch viel größer als die herkömmlichen 4H-Kristallwachstumsschritte.

Abb. 2 Diagramm von kleinen Partikeln oben und groben Dreiecksfehlern auf der Oberfläche

1.3 Glatte Dreiecksdefekte auf der Oberfläche

Diese Art von Dreiecksdefekt weist eine glatte Oberflächenmorphologie auf, wie in Abb. 3 dargestellt. Bei solchen Dreiecksdefekten ist die 3C-SiC-Schicht durch einen Stufenfluss von 4H-SiC bedeckt, und das Oberflächen-4H-Kristallwachstum ist feiner und glatter.

Abb. 3 Oberflächenmorphologie glatter Dreiecksdefekte auf der Oberfläche

2. Einflüsse von Dreiecksdefekten auf die Eigenschaften von SiC-MOSFET-Bauelementen

Forscher haben die Einflüsse von Dreiecksdefekten auf die Leistung von SiC-MOSFETs untersucht. Die Ergebnisse sind in Abb. 4 dargestellt, die ein Histogramm der statistischen Verteilung von fünf Merkmalen von Geräten mit Dreiecksdefekten zeigt. Die blaue gestrichelte Linie stellt die Segmentierungslinie der Geräteverschlechterung dar, und die rote gestrichelte Linie stellt die Segmentierungslinie des Geräteausfalls dar. Bei den in Tabelle 1 dargestellten Geräteausfällen haben Dreiecksdefekte mit einer Ausfallrate von mehr als 93 % erhebliche Auswirkungen. Dies wird hauptsächlich auf den Einfluss von Dreiecksdefekten auf die Rückwärtsleckageeigenschaften von Geräten zurückgeführt, wobei bei bis zu 93 % der Geräte mit Dreiecksdefekten ein deutlicher Anstieg der Rückwärtsleckage zu verzeichnen ist. Darüber hinaus ist der Einfluss von Dreiecksdefekten auf die Gate-Leckageeigenschaften mit einer Verschlechterungsrate von 60 % ebenfalls sehr schwerwiegend. Wie in Tabelle 1 gezeigt, ist der Einfluss von Dreiecksfehlern auf die Verschlechterung der Schwellenspannung und der Eigenschaften der Bodydiode mit Verschlechterungsraten von 26 % bzw. 33 % relativ gering. Im Hinblick auf eine Erhöhung des Leitungswiderstands ist der Einfluss von Dreiecksdefekten mit einer Verschlechterungsrate von etwa 33 % relativ gering.

Abb. 4 Histogramme verschiedener charakteristischer Verteilungen von SiC-MOSFETs mit Dreiecksdefekten

Insgesamt zeigte die Studie, dass die Dreiecksdefekte einen erheblichen Einfluss auf den Ausfall und die charakteristische Verschlechterung von SiC-MOSFET-Geräten haben. Das Vorhandensein von Dreiecksdefekten ist mit einer Ausfallrate von bis zu 93 % am schwerwiegendsten und äußert sich hauptsächlich in einem deutlichen Anstieg der Rückwärtsleckage des Geräts.

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