Program Operacyjny Innowacyjna Gospodarka 2007

Zastosowanie metody MPAS do określania przekrojów czynnych pułapek powierzchniowych w węgliku krzemu
Tomasz Gutt, Henryk M. Przewłocki
Instytut Technologii Elektronowej
Al. Lotników 32/46, 02-668 Warszawa
W pracy przedstawiono nową, szybką metodę oceny przekrojów czynnych pułapek powierzchniowych, wykorzystującą mapę konduktancji w
graficznej analizie pułapek MPAS. Przy użyciu tej metody określono przekroje czynne pułapek w próbkach SiC-3C z tlenkiem bramkowym SiO2
wytwarzanym dwiema metodami (PECVD, utlenianie termiczne) i z różnymi materiałami bramki (Al, Au, Ni i poli-Si). Uzyskane wyniki wskazują, że pułapki
w większości próbek mają typowe wartości przekroju czynnego σn ok. 10-15 cm2, charakterystyczne dla centrów Pb. Większe przekroje czynne stwierdzono
jedynie w próbkach WET/Ni (σn ok. 10-13 cm2), ale wyjaśnienie przyczyny tego odchylenia wymaga dalszych badań.
Rozwój metody konduktancyjnej
E.H.Nicollian,J.R.Brews,MOSPhysicsandTechnology,Wiley,NewYork,1982
VG=
[V
]
Collins, Kirton i Uren, Appl.Phys.Lett. 57/4, 1990
Model:
• continuum pułapek w przerwie energetycznej
• pominięty wpływ statystycznych fluktuacji
potencjału powierzchniowego
• ND i Is określane przy użyciu C-V
WZpeak = 1.98
Gp
CSZW
___ = ______
Z
1 + Z 2W 2
(Gp/Z)max = qADit/(2ZpeakW) · ln[1+(ZpeakW)2]
V = 1/(v*WND) · exp(-Is/It)
Metoda MPAS
Gp
Z
f
qDit
2[ n, p 2SV s2
K2
³ exp( 2V
f
2
s
K ) ln[1 [ n2, p exp(2K )]dK
gdzie:
Dit
= gęstość pułapek,
[n,p
= ZW
K
= us-<us> odchylenie lokalnego potencjału powierzchniowego
us = Is/It od średniej wartości potencjału powierzchniowego <us> w
obszarze bramki
Vs
= odchylenie standardowe potencjału powierzchniowego
Metoda MPAS – ocena przekroju czynnego
Gutt, Przewłocki, Microelectronic Engineering 109 (2013) 94–96
Piscator, Raeissi i Engström, JAP 106 (2009)
Z-1
Ec-Et
W
W[s]
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 eV
VG [V]Is [V]
Vn
W
ln W
e
e
q ([ Is )
kT
Ec-Et
V
/(Q th N CW )
q ([ Is )
kT
ln V
/(Q th N CV )
I ln V
[
ln(Q th N C ) ln V s
It
It
const
a bIs
Si:SiO2:Al, tox=20nm, φS=-0.306V,
ξ=0.254 eV, klasyczna metoda
konduktancyjna
c d Is
Vn=2x10-15 cm2
b) PECVD/Au
a) PECVD/polySi
Pomiary próbek SiC
MOSC 3C-SiC:SiO2:bramka
polySi Ni
Al
Au
PECVD
Elektroda bramki
(Ni, Al, Au lub polySi)
Al
Au
Poly
Si
Ni
Tlenek podbramkowy
(SiO2 lub PECVD)
Warstwa
epitaksjalna
d) PECVD/Al
c) PECVD/Ni
WET
3C-SiC typ n
• Struktury MOS wytworzone przez Acreo AB (Szwecja)
• Dwie płytki 3C-SiC typu n (001) z warstwą epitaksjalną o grubości 10 Pm
domieszkowaną azotem ND = 2y3˜1015 cm-3
• Pierwsza z płytek utleniona w mokrym tlenie w temperaturze T = 1150oC w
czasie 1 godziny
• Na drugiej płytce osadzono dielektryk bramkowy SiO2 o grubości tOX = 55 nm w
procesie PECVD i poddano wygrzewaniu (atmosfera H2O:O2, 3h, 950qC). Proces
wygrzewania miał na celu densyfikację warstwy SiO2 i docelowo zwiększył
grubość dielektryka do 60 nm
• Następnie na obu płytkach wykonano struktury próbne z kondensatorami MOS z
bramkami z różnych materiałów. Odpowiednio, metodą rozpylania wiązką jonów
osadzono metalowe bramki Al, Au i Ni, oraz metodą CVD osadzono identyczne
bramki polikrzemowe.
a) WET/polySi
b) WET/Au
Wnioski
•W pracy przedstawiono nową, szybką metodę oszacowania przekrojów czynnych
pułapek powierzchniowych, wykorzystującą mapę konduktancji w graficznej analizie
pułapek MPAS.
•Przy użyciu tej metody określono przekroje czynne pułapek w próbkach SiC-3C z
tlenkiem bramkowym SiO2 wytwarzanym dwiema metodami i z różnymi materiałami
bramki (Al, Au, Ni i poli-Si).
σn
[cm2]
Al
Au
Ni
polySi
WET
-
8·10-15
1·10-13
1·10-14
PECVD
1·10-15 2·10-14
8·10-16 2·10-15
1·10-15
6·10-15
•Uzyskane wyniki wskazują, że pułapki w większości próbek mają typowe wartości
przekroju czynnego σn ok. 10-15 cm2, charakterystyczne dla centrów Pb.
c) WET/Ni
Praca została częściowo sfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego ,
,
z projektu rozwojowego Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka POIG.01.03.01-00-159/08 InTechFun