扩展缺陷对4H-SiC功率器件良率和性能的影响

* Vol.46

报告主题：扩展缺陷对4H-SiC功率器件良率和性能的影响

报告作者：Holger Schlichting（Fraunhofer IISB）

报告内容包含：（具体内容详见下方全部报告内容）

简介：4H-SiC功率器件的良率、性能和可靠性

对4H-SiC功率器件良率/性能的影响

• 工艺变化：一个例子（光刻）
• 扩展的外延缺陷
• a) 概述
• b) 堆垛层错 - 深色三角缺陷
• c) 堆垛层错 - 浅色三角缺陷
• d) 注入区域的表面凹陷
• e) 外延缺陷对栅氧化层性能的影响

报告详细内容

简介：4H-SiC功率器件的良率、性能和可靠性

■ 良率、可靠性和出厂器件性能

• 良率和可靠性是半导体功率器件制造的主要方面

• 良率是晶圆上的集成电路在制造线结束时能完全发挥作用的部分

• 同样重要的是功率器件的寿命（可靠性）中的失效率

• 不同的失效机制会导致良品率的下降，以及器件寿命中其他部分的失效率的上升

对4H-SiC功率器件良率/性能的影响

■ 对良率、性能和可靠性的影响

• 衬底/外延缺陷

• 工艺变化（阻断电压增加）

• 颗粒/划痕/工艺损伤

工艺变化：一个例子（光刻）

■ 技术和设计对良率的影响 (VDMOSFET)

• 良率取决于技术限制（光刻场的错位）

• p阱和n+注入层的明显影响（定义沟道区）

• 单元设计对良率可见的影响（线性设计最稳健）

■ 因错位而减少的通道长度

• 根据过程控制数据计算出的实际通道长度

• 横向 4H-SiC VDMOS 的临界沟道长度由上图公式给出

• 当 ℎ ≈ 时，错位对击穿电压的影响越来越大

扩展的外延缺陷

■ 外延缺陷——表面和 UVPL 图像

• 表面检测工具（Intego）

• 用于检查和分析的映射

- UVPL：紫外光致发光

- DIC：微分干涉对比度

- BF/DF：明场/暗场

• 刺激波长（UVPL）：305/340/365 nm

• 传感器光谱 (UVPL)：400 nm – 1000nm

• 可用的过滤器（用于区分不同类型的缺陷）

■ 外延缺陷 - 概述

■ 外延缺陷对比分析

• 受三角缺陷影响的二极管表现出广泛的性能变化

• 三角形缺陷在光学图像中不可见，深色缺陷清晰可见

• 三角形基本上是不同形式的堆垛层错，只有很少或没有表面形态

• 通过电气测量评估分析良率（器件性能）

• 良率晶圆图与UVPL图的比较

■ JBS二极管良率调查–阻断性能

• 深色三角形缺陷明显导致大多数受影响器件的阻断特性发生变化

• 高密度的浅色三角形缺陷导致许多受影响的器件，它们对器件的统计性能只显示出轻微影响

堆垛层错 - 深色三角形缺陷

■ 统计调查VDMOS：三角形缺陷

• 深色三角形缺陷显示对受影响的VDMOS器件的产量有明显影响（阻断和栅极性能）

• 对输出性能没有明显的影响--高漏电流的缺陷？

■ 堆垛层错：典型的深色三角形缺陷

• 在UVPL图像中，深色、高对比度的外观

• 最大角度为120°

• 来自缺陷的位错线，可以覆盖大面积（厘米范围）

• 最大的缺陷尺寸与Epi厚度的关系

■ 三角形缺陷 - SEM

• 沿三角形缺陷断裂的衬底清楚地显示了外延层中缺陷的形式和方向

• 晶体结构的变化导致不同的边缘形态

■ 表面研究

• 对表面形态的强烈影响

• 缺陷尖端的最深区域（100 - 200 nm）

• 沿边缘的非常深的沟槽 (~ 1 μm)

■ 深色三角缺陷对受影响的JBS二极管的影响

• 对于阻塞和正向特性，测量受影响设备的电流瞬时增加

• 漏电流通过缺陷和/或肖特基势垒变化

■ 小结：深色三角形缺陷

• 对受影响的器件几乎总是“致命的”

• 对器件的电气行为有很大影响：

极高的漏电流，改变了正向特性

路过

雷人

握手

鲜花

鸡蛋