Zadanie 23 Opracowanie metalizacji struktur pólprzewodnikowych na bazie GaN i ZnO przeznaczonych do wymagających warunków eksploatacyjnych.

Transkrypt

1 do Zastosowań w Biologii i Medycynie Zadanie 23 Opracowanie metalizacji struktur pólprzewodnikowych na bazie GaN i ZnO przeznaczonych do wymagających warunków eksploatacyjnych. Zadanie 24 Opracowanie technologii warstw dielektrycznych dla heterozłączowych tranzystorów typu ISFET i MISFET na bazie GaN i ZnO. A. Piotrowska, A. Barcz, M. Borysiewicz, M. Ekielski, K. Gołaszewska-Malec, M. Guziewicz, E. Kamińska, K. Korwin-Mikke, R. Kruszka, I. Pasternak

2 Motywacja do Zastosowań w Biologii i Medycynie Wykorzystanie unikatowych właściwości azotków grupy III i ZnO w konstrukcji przyrządów przeznaczonych do pracy w wymagających warunkach eksploatacyjnych. Opracowanie processingu struktur półprzewodnikowych (kontakty omowe i prostujace, dielektryki podbramkowe, warstwy pasywacyjne, warstwy sensorowe, strukturyzacja) dla przyrządów elektronicznych i czujników pracujących w ekstremalnych warunkach Podejście wybór materiałów: metalizacje stabilne termicznie i odporne chemicznie, izolatory o dużej stałej dielektrycznej metody wytwarzania : rozpylanie katodowe, obróbka termiczna strukturyzacja: fotolitografia, trawienie suche

3 Uruchomienie urządzenia do wytwarzania cienkich warstw techniką PVD-MS: demonstracja i wykorzystanie nowych modów pracy (1) Surrey Nanosystems Gamma γ1000c Sterowanie PC N 2 techn. Linie gazowe Ar N 2 O 2 Diagnostyka in-situ Elipsometr Spektrometr Sonda Langmuire a Śluza załadowcza Reaktor procesowy Zespół magnetronów Pompy Turbo Obrotowa Krio Generatory zasilania DC p-dc RF podłączenie sterowanie Układ grzewczy

4 Uruchomienie urządzenia trawienia plazmowego techniką ICP-RIE: demonstracja i wykorzystanie nowych modów pracy (1) PlasmaLab System 100 Sterowanie PC Linie gazowe Ar N 2 O 2 BCl3 Cl 2 CF 4 CH 4 Zewnętrzna pompa Alcatel Śluza załadowcza Komora reakcyjna System detekcji punktu końcowego trawienia Źródła mocy ICP RIE Układ zapewniający wysoką próżnię (1,2E-06Torra) Pompa turbo Pompa rotacyjna Układ grzewczy skruber Kontroler ciśnienia Automatyczny zawór przepustnicy podłączenie sterowanie

5 Zadanie 23 Opracowanie metalizacji struktur pólprzewodnikowych na bazie GaN i ZnO przeznaczonych do wymagających warunków eksploatacyjnych. l.p. Nazwa etapu (kamienia milowego) Czas realizacji (miesiące) 1 Zakup zasilacza RF do Universal Coating System L560 Wykonanie kontaktów omowych i Schottky ego do I partii warstw n-gan/al 2-2 Wykonanie kontaktów omowych i Schottky ego do II partii warstw n-gan/al 2-3 Wykonanie kontaktów omowych i Schottky ego do I partii warstw n-zno/al 2-4 Wykonanie kontaktów omowych i Schottky ego do II partii warstw n-zno/al 2-5 Wykonanie kontaktów omowych i Schottky ego do I partii struktur AlGaN/GaN/Al 2-6 Wykonanie kontaktów omowych i Schottky ego do II partii struktur AlGaN/GaN/Al 2, Optymalizacja metalizacji kontaktów omowych i Schottky ego do struktur AlGaN/GaN/Al Wykonanie kontaktów omowych i Schottky ego do I partii struktur na bazie ZnO z 2DEG - 9 Optymalizacja technologii i wykonanie kontaktów omowych i Schottky ego do II partii struktur na bazie ZnO z 2DEG Badania stabilności termicznej kontaktów omowych i Schottky ego

6 Zadanie 23 etap I: Zakup zasilacza RF do Universal Coating System L560 Przeznaczenie: zasilanie 2 magnetronów (PK75 i PP100) i polaryzacja podłoża w komorze Generator Przełącznik Układy dopasowania podłoże PK 75 PP100 Układ dopasowania: 2 układy są zainstalowane w L-560; niezbędny 1 dodatkowy do magn. P100 oraz 1 przełącznik RF. Zakup inwestycyjny: generator QINTO, przełącznik PFS i układ dopasowania PFM firmy Huttinger Wymagania: maksymalna moc 2.5 kw ciągła kontrola mocy od min. 20 W do maksymalnej kontrola mocy odbitej częstotliwość f = MHz (+/-0.05%) chłodzenie wodą: o C, wymiary: 483(max)x 450(max)x550(max) [mm] przyłącza kompatybilne z istniejącymi gniazdami w podzielniku mocy Huttinger sterowanie kompatybilne z istniejącym układem przełączania opcji sputtering/eching, sputtering with bias dla obu magnetronów kompatybilność z istniejącym w stanowisku układem dopasowania Leybold nowy układ dopasowania do drugiego magnetronu zapewniający moc odbitą mniejszą od <2% dla w/w opcji.

7 Zadanie 24 Opracowanie technologii warstw dielektrycznych dla heterozłączowych tranzystorów typu ISFET i MISFET na bazie GaN i ZnO. Nazwa etapu (kamienia milowego) 1 Opracowanie procesów osadzania amorficznych warstw dielektrycznych HfO 2 i badania ich właściwości elektrycznych i optycznych- 2 Opracowanie procesów osadzania amorficznych warstw dielektrycznych na bazie TiO 2, ZrO 2 i badania ich właściwości elektrycznych i optycznych - 3 Zakup jednostki zapobiegającej wyładowaniu łukowemu SPARC-LE do sputronu Z400 Nałożenie warstw pasywacyjnych na I partię struktur n-gan/al 2 i pomiary elektryczne - 4 Nałożenie warstw pasywacyjnych na I partię struktur n-zno/al 2 i pomiary elektryczne - 5 Nałożenie warstw pasywacyjnych na I partię struktur GaN/Al 2 i pomiary elektryczne i transportowe 2DEG Czas realizacji (miesiące) Nałożenie warstw pasywacyjnych na II partię struktur AlGaN/GaN/Al 2 i pomiary elektryczne i transportowe 2DEG Nałożenie warstw pasywacyjnych na III partię struktur AlGaN/GaN/Al 2 i pomiary elektryczne i transportowe 2DEG - 8 Nałożenie warstw pasywacyjnych na I partię struktur z 2DEG na bazie ZnO i pomiary elektryczne i transportowe - 9 Nałożenie warstw pasywacyjnych na II partię struktur z 2DEG na bazie ZnO i pomiary elektryczne i transportowe Nałożenie warstw pasywacyjnych na III partię struktur z 2DEG na bazie ZnO i pomiary elektryczne i transportowe

8 Motywacja poszukiwania alternatywnych tlenków podbramkowych Skalowanie tranzystora MOSFET: I Dsat, g max, f T gdy L i d Wymagania na alternatywny tlenek podbramkowy: Duża stała dielektryczna k Stabilność chemiczna brak reakcji z półprzewodnikiem: Tlenki o dużym cieple tworzenia: HfO2, Zr, Y, La, Al. Stabilność termiczna do 1050 o C: struktura amorficzna

9 Alternatywne tlenki podbramkowe κ vs Eg alternatywnych dielektryków bramkowych o spodziewanej dużej stabilności w kontakcie z Si. D.G. Schlom and J.H. Haeni, MRS BULLETIN, 27, (2002)

10 Zadanie 24 etap I: Opracowanie procesów osadzania amorficznych warstw dielektrycznych HfO 2 i badania ich właściwości elektrycznych i optycznych Tlenek hafnu reaktywne rozpylanie katodowe targetu Hf w atmosferze Ar+O 2 J [A/cm 2 ] 10-3 Al/HfO x /Si I [A] Al/HfO x /Si log(j)~e, direct tunneling 0,0 0,3 0,6 0,9 1,2 1,5 1,8 E [MV/cm] log(i)~log(v), Space charge limited current 1 V [V] C/C max 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 Al/HfO x /Si 0, V [V] 50W, 3%, 36.97nm, H01_a06 50W, 10%, 42.66nm, H03_a03 50W, 30%, 41.85nm, H02_a01 50W, 50%, 36.20nm, H04_a07 50W, 60%, 35.31nm, H07_a06 75W, 30%, 52.87nm, H09_a02 75W, 50%, 51.03nm, H08_a09 75W, 70%, 35.30nm, H06_a05 75W, 80%, 32.96nm, H05_a08 100W, 30%, 60.14nm, H11_a06 100W, 50%, 54.00nm, H10_a07 100W, 70%, 39.62nm, H13_a03 100W, 80%, 22.75nm, H12_a08 Wnioski Upływność warstw zmniejsza się wraz ze wzrostem mocy plazmy oraz wraz ze wzrostem koncentracji O 2 w komorze reakcyjnej. W warstwach gromadzi się ładunek przestrzenny, który ogranicza prąd płynący przez warstwy. Stała dielektryczna otrzymywanych warstw mieści się w przedziale Upływności, duże rozrzuty natężenia pola przebicia, gromadzenie się ładunku przestrzennego wynikać mogą z istnienia w warstwie niezwiązanych z tlenem atomów Hf.

11 Zadanie 24 etap I: Opracowanie procesów osadzania amorficznych warstw dielektrycznych HfO2 i badania ich właściwości elektrycznych i optycznych Trawienie HfO2 Przygotowanie powierzchni próbki: Parametry trawienia: Podłoże: SiC i Al (105) Trawiona warstwa: HfO 2 (200nm) Warstwa; HfO 2 (200nm) Gazy: BCl 3 (20sccm) Maska: Paski dyfrakcyjne ICP: 1000W Emulsja fotolitograficzna: Grubość emulsji: ma-n ,04kÅ RIE: Czas: Temperatura: 100W 4min. 20 o C Kontrola postępu trawienia po 2 min. Ciśnienie: Szybkość trawienia: 1,7mTorr 50nm/min.

12 Zadanie 24 etap I: Opracowanie procesów osadzania amorficznych warstw dielektrycznych HfO2 i badania ich właściwości elektrycznych i optycznych Trawienie tlenku hafnu HfO2 Efekt końcowy trawienia 200nm HfO 2 w urządzeniu PlasmaLab System 100: Trawiona warstwa: Głębokość trawienia: Szybkość trawienia: Selektywność: HfO 2 (200nm) 200nm 50nm/min. tak