Korrelation von Materialqualität und Ausfallmechanismen leistungselektronischer SiC-Bauelemente
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The purpose of this work was to establish a correlation between the material defects in Silicon Carbide (SiC) and failure modes of high-voltage and high-power 4H-SiC semiconductor trench-MOSFET devices. N-type SiC homoepitaxial layers were grown to be able to investigate epilayers in addition to the substrates. These layers were analysed for their surface and crystallographic defects. The method of characterisation was utilizing confocal as well as differential interference contrast (DIC) optics for surface inspection and ultra-violet photoluminescence (UV-PL) imaging. The defect-characterized epitaxial wafers were then used to manufacture trench-MOSFET devices. All finished devices were electrically tested. The electrical yield received through this method was then overlayed with the defect data previously measured during processing. Finally, those extensively investigated devices were used for reliability tests.
Abstract
Ziel dieser Arbeit war es, eine Korrelation der Siliciumcarbid (SiC) Materialqualität mit Ausfallmechanismen leistungselektronischer 4H-SiC Trench-MOSFET Bauelemente herzustellen. Dafür wurden homo-epitaktische, n-leitende SiC-Schichten abgeschieden. Diese Schichten wurden anschließend mit konfokaler DIC-Mikroskopie und UV-PL Methoden hinsichtlich ihrer Defekte charakterisiert. Die so charakterisierten Epitaxie-Wafer wurden zur Herstellung von leistungselektronischen Trench-MOSFET Bauelementen verwendet. Nach der Prozessierung wurden die Bauelemente elektrisch charakterisiert. Elektrische Ausbeute-Maps wurden anschließend mit den während der Prozessierung aufgenommenen Defektdaten überlagert und mit entsprechenden Defektklassen abgeglichen. Abschließende Untersuchungen an diesen charakterisierten Bauelementen dienten zur Analyse der Langzeitstabilität und Zuverlässigkeit.
