Badanie przenikalności elektrycznej i tangensa kąta stratności metodami mikrofalowymi

Transkrypt

1 Przyrządy unipolarne i struktury tranzystorowe na potrzeby elektroniki wysokotemperaturowej Kierownik projektu: prof. dr hab. inż. Jan Szmidt Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki, Politechnika Warszawska prof. dr hab. Jerzy Żuk dr hab. inż. Ryszard Kisiel dr inż. Włodzimierz Strupiński prof. dr hab. inż. Anna Piotrowska dr inż. Marek Guziewicz dr Paweł Kowalczyk mgr inż. Witold Rzodkiewicz dr inż. Mariusz Sochacki dr inż. Małgorzata Kalisz dr inż. Piotr Firek dr inż. Robert Mroczyński dr inż. Tomasz Bieniek mgr inż. Norbert Kwietniewski mgr inż. Krystian Król mgr inż. Kamil Pazio mgr inż. Grzegorz Głuszko mgr inż. Jakub Jasiński mgr inż. Jędrzej Stęszewski Michał Waśkiewicz Ryszard Biaduń Kazimierz Dalbiak Witold Ciemiewski Harmonogram rzeczowy Badania składu i warstwy granicznej półprzewodnik/dielektryk Badanie przenikalności elektrycznej i tangensa kąta stratności metodami mikrofalowymi Pasywacja złączy diodowych wyselekcjonowanymi materiałami dielektrycznymi Pomiary elektryczne złączy diodowych po procesie pasywacji Opracowanie metod głębokiego trawienia SiC dla potrzeb kształtowania geometrii struktur metodami fotolitografii Wykonanie struktur tranzystorowych MOSFET i JFET Pomiar efektywności procesu implantacji i ruchliwości nośników z wykorzystaniem struktur testowych Pomiar temperaturowych charakterystyk elektrycznych struktur tranzystorowych przed i po wykonaniu procesów starzeniowych Modelowanie wpływu terminacji na napięcie przebicia złącza metal/półprzewodnik Wykonanie diod Schottky ego z krawędziową złącza Pomiary elektryczne diod Schottky ego z krawędziową złącza Plan wystąpienia 1. Badania warstw dielektrycznych - Pomiary mikrofalowe - SIMS - Pasywacja i pomiary złącz diodowych. Diody Schottky ego - Modelowanie - Wytwarzanie - Charakteryzacja. i JFET - Reaktywne trawienie jonowe SiC - Charakteryzacja procesu implantacji jonów - Wytwarzanie - Charakteryzacja Pomiary mikrofalowe przenikalności elektrycznej i tgδ Pomiary mikrofalowe przenikalności elektrycznej i tgδ Oznaczenie próbki Al O 9, GHz 9,9 9,76 x -4 Al O 9, GHz 9,47 7,71 x -4 Al O 9, GHz 9,1,1 x - Częstotliwość,4 GHz,4 GHz Przenikalność elektryczna 8,1 8,4 Tangens kąta stratności 1,86 x - 1,81 x -,4 GHz 8,89 1,7 x - BaTiO,4 GHz 9,78, x - BaTiO,4 GHz 1,98 4,7 x - BaTiO,4 GHz 1,77 6,1 x - BaTiO SIMS

2 SIMS SIMS BaTiO Al O SIMS Pasywacja diody Schottky ego Pasywacja diody Schottky ego Pasywacja diody p-i-n Al O Al O

3 Modelowanie terminacjizłącza Schottky ego Konstrukcja diody (Uzyskane napięcie przebicia Field-plate JTE Warstwa Dioda JBS (obszar / teoretyczne Zagrzebana złą łącza p-n/obszar Długość śćzakładki (µm) Przenikalność Długość śćobszaru JTE napięcie (obszar złą łącza złą łącza elektryczna warstwy (µm) przebicia) *% p-n/obszar złą łącza Schottky ego) w Schottky ego) w µm µm 1% 81% 1 78% % % 6% 41% 47% 48% 4 67% % 96% 4/, 6% 4/, 6% 4/, 67% 4/, 66% 4/, 9% 4/, 9% 1,E-1 1,E- 1,E- 1,E-4 1,E- 1,E-6 1,E-7 1,E-8 1,E-9 1,E- 1,E-11 JBS JTE 1,E-1,,,4,6,8 1, 1, 1,4 1,6 1,8,

4 1,E+ 1,E+1 1,E+ Współczynnik nachylenia η Dioda z JTE Rezystancja Prąd w stanie nasycenia włą łączenia I SAT (A) R S (mωcm ) Wysokość bariery Schottky ego Φ B (ev) Współczynnik nachylenia η Dioda JBS Rezystancja Prąd w stanie nasycenia włą łączenia I SAT (A) R S (mωcm ) Wysokość bariery Schottky ego Φ B (ev) 1,E-1 1,1, x -18 1, 1,,6 1 x -18 1, J [A/cm ] 1,E- 1,E- 1,E-4 1,E- 1,E-6 JBS JTE ,E- 1,E-9 1,E-8 1,E-7 1,E-8 1,E-9,,,4,6,8 1, 1, 1,4 1,6 1,8, JBS1 JBS JBS JTE1 JTE JTE 1,E-7 1,E-6 1,E- 1E-1 1E- 1E- 1E-4 1E- 1E-6 1E-7 1E-8 1E-9 1E- 1E-11 S87P1. S88T1. S81P1. S81T1. S814P1. S8P1. 1E Ch-ki I-V S8 1E-1 1E- 1E- 1E-4 1E- 1E-6 1E-7 1E-8 1E-9 1E- 1E-11 S87P1. S81P1. S814P1. S8P1. 1E Ch-ki I-V S ,E-1 1,E-11 1,E- 1,E-9 1,E-8 1,E-7 Grubość warstwy [nm] Kalibracja procesów trawienia jonowego 1,E-6 1,E- 1,E-4 1,E- 1 Trawienie RIE s1818/si Czas trawienia [min] Szybkość trawienia emulsji s1818 utwardzanej przez min w temperaturze 1 C. Trawienie wykonano w atmosferze sześciofluorku siarki (SF 6 = ml/min, p = 4 Pa, P = W) w urządzeniu Plasmalab 8 Plus firmy Oxford Instruments.

5 Grubość warstwy [nm] Kalibracja procesów trawienia Trawienie RIE pvd-sio w SF 6 Czas trawienia [min] Szybkość trawienia tlenku plazmowego (parametry osadzania SiO : przepływ SiH 4 = ml/min, przepływ N O = 1 ml/min, p = 4 Pa, P RF = W, T = C, t = 4 min) w urządzeniu Plasmalab 8 Plus firmy Oxford Instruments. Trawienie prowadzono w atmosferze sześciofluorku siarki (SF 6 = ml/min, p = 4 Pa, P = W). Efektywność aktywacji domieszki Efektywność aktywacji domieszki 9 Dielektryk bramkowy w strukturze MIS Technologia wytwarzania dielektryka bramkowego J [A/cm ] Seria M1 Osadzanie tlenku plazmowego Przepływ SiH 4 ml/min Przepływ N O ml/min Ciśnienie p = 47 Pa Moc P = 1 W Czas t = s Utlenianie termiczne w temperaturze 117 C Suchy N ( ml/min, t = min) Mokry O ( ml/min, t = min) Suchy N O ( ml/min, t =1 min) Suchy N ( ml/min, t = min) Mokry N ( ml/min, t = min) Uzyskana grubość warstwy nm Seria M Osadzanie tlenkoazotku plazmowego Przepływ SiH 4 ml/min Przepływ N O 4 ml/min Przepływ NH ml/min Ciśnienie p = 4 Pa Moc P = 1 W Czas t = s Utlenianie termiczne w temperaturze 117 C Suchy N ( ml/min, t = min) Mokry O ( ml/min, t = min) Suchy N O ( ml/min, t =1 min) Suchy N ( ml/min, t = min) Mokry N ( ml/min, t = min) nm Seria M4 Utlenianie termiczne w temperaturze 117 C Suchy N ( ml/min, t = min) Mokry O ( ml/min, t = min) Suchy N O ( ml/min, t =1 min) Suchy N ( ml/min, t = min) Mokry N ( ml/min, t = min) 8 nm Nr tranzystora 1,1 Szerokość kanału W [µm] Długość kanału L [µm] x µm,14,1 4,16,17 6,18 7,19 8, 9,1, 11, 1,4 x µm

6 x µm x µm x µm Technologia M i M4 Tranzystory JFET Nr tranzystora 4 8 W [µm] L [µm] V th [V],7,6 g m [S],4-8,64-9 V D [mv] V th [V] g m [S], 6,9-8,4, -8 V th [V],,4 g m [S] 1,4-7 7,86-8 Wykonano pełny cykl technologiczny Zmierzono charakterystyki elektryczne 9, 6,1-8, 1, -7, 1, ,, , 6,7-8 11, 1, -7 11,8,68-8,6,8-8, 7,91-8 1, 1, -8,4,64-8,4, , 4,17-8, 8,7-8, 1,7-7,6,66-8,4,1-8, 7,98-8 1,6 6,6-8, 1,1-7, 1,84-7,9,8-8,7 7,8-8,7 1, ,, , 4, -8 11, 6,4-8 Podsumowanie 1. Uzyskano poziom aktywacji glinu na poziomie % przy wysokim poziomie domieszkowania, powyżej x 19 cm - -> uzyskano gęstość prądu na poziomie 1 ka/cm. Opanowanie technologii reaktywnego trawienia jonowego z zastosowaniem fotorezystu jako maski. Modyfikacja parametrów modeli jonizacji zderzeniowej, ruchliwości oraz szerokości przerwy energetycznej w programie SILVACO. 4. W pełni powtarzalne charakterystyki diody Schottky ego dla kierunku przewodzenia Podsumowanie. Niskie napięcie przebicia diody Schottky egowynika z ograniczeń technologicznych (głębokość implantacji, dokładność fotolitografii, praca na kawałkach podłoża) 6. Opracowano technologię wytwarzania dielektryka bramkowego o grubości 4- nm-> małe prądy upływu, duża wytrzymałość elektryczna 7. Wysokie napięcie progowe tranzystorów MOSFET (znany problem z gęstością pułapek powierzchniowych) 8. Uwaga na wymiary podłoży! -> niejednorodność parametrów

7 Efekty realizacji projektu Realizacja prac doktorskich i prac dyplomowych związanych bezpośrednio z tematyką projektu 7 prezentacji ustnych na konferencjach krajowych (ELTE, KKE, SemiPiSC) prezentacji ustnych na konferencjach międzynarodowych (MICROTHERM, EMATEC, EPE-PEMC, MIDES) prezentacji plakatowych na konferencjach krajowych (KKE, ELTE) 4 prezentacje plakatowe na konferencjach międzynarodowych (MICROTHERM, SEMICONDUCTOR SURFACE PASSIVATION, ECSCRM) publikacji w piśmie Elektronika publikacji w pismach o cyrkulacji międzynarodowej (AppliedSurfaceScience, Materials Science Forum, Materials Science and Engineering B) Dziękuję za uwagę