1 Mo#va#on and Objec#ve Nitrogen passivation of the interface - - PowerPoint PPT Presentation

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1 mo va on and objec ve nitrogen passivation of the
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1 Mo#va#on and Objec#ve Nitrogen passivation of the interface - - PowerPoint PPT Presentation

Mar 13, 2024 307 likes •481 views

Presenter: Ayayi Claude Ahyi (AU) Key Team Members: Sarit Dhar (AU)

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SLIDE 1

Presenter: ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Ayayi ¡Claude ¡Ahyi ¡(AU) ¡ Key ¡Team ¡Members: ¡ ¡ ¡Sarit ¡Dhar ¡(AU) ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Kevin ¡Matocha ¡(Monolith. ¡Semi.) ¡ ¡ Students ¡Members ¡: ¡ ¡ ¡ ¡Yongju ¡Zheng, ¡Benjamin ¡Schoeneck, ¡Daniel ¡Jeziorski ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡

¡

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SLIDE 2

Mo#va#on ¡and ¡Objec#ve ¡ ¡

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  • Nitrogen passivation of the interface is the established technology. All methods
  • f inserting nitrogen plateau around the same mobility values
  • In this project we are looking beyond Nitrogen using a series of short loop
  • experiments. Lateral MOSFETs of 4 promising technologies are tested:
  • Ultra-High temperature oxidation
  • Ultra-High temperature oxidation with Sb counter doping for higher Field

effect mobility

  • Boro-Silicate Glass (BSG) oxide devices
  • Ge strained SiC devices
  • The most performant in terms of mobility, stability, oxide strength and

compatibility with current fabrication process will be selected for a test run of DMOSFETs

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SLIDE 3

Ultra ¡High ¡Temperature ¡Oxida#on ¡ ¡

  • ¡Easier ¡desorp#on ¡of ¡the ¡Carbon ¡

from ¡the ¡interface ¡ ¡

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  • T. Kobayashi, J. Suda, T. Kimoto, "Reduction of Interface State

Density in SiC(0001) MOS structures by Post-Oxidation Ar Annealing at High Temperature," ECSCRM Abstracts, 2016,

  • pp. 203-204.
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BSG ¡MOS ¡devices ¡

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SLIDE 5

Ge:SiC ¡ ¡

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  • Evidence of strain in the

SiC lattice

  • Lower resisivity
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SLIDE 6

What ¡has ¡been ¡accomplished ¡so ¡far ¡

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— Fabrica#on ¡of ¡the ¡of ¡the ¡common ¡template ¡for ¡the ¡devices ¡up ¡

to ¡Gate ¡oxide ¡or ¡ ¡Gate ¡implant ¡steps. ¡

— Ultra ¡High ¡Temperature ¡Oxide ¡ ¡MOS ¡capacitors ¡and ¡MOSFETs ¡ — Borosilicate ¡Glass ¡Devices ¡: ¡ ¡

— Evalua#on ¡Borosilicate ¡glass ¡obtained ¡by ¡different ¡methods ¡using

¡ MOS ¡capacitors ¡ ¡

— Characteriza#on ¡of ¡BSG ¡MOSFETs ¡from ¡B2O3 ¡solid ¡Source ¡

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Common ¡Template ¡for ¡all ¡devices ¡

RIE etch Implant Mask 1 Implant Mask 2 Source/Drain implant

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SLIDE 8

¡Doping ¡profiles ¡

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P-well implant

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Carbon cap Activation@ 1600C O2 RIE Sacrificial oxidation + BOE

SiC Mo

SiO2

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SLIDE 9

BSG ¡processes ¡

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Oxidation 1150oC

P-type SiC

n+ n+

P-type SiC

n+ n+ SiO2 Drive in 1000oC in Ar

P-type SiC

n+ n+ BSG n+ n+

P-type SiC

BSG gate Boron doping 1000oC in Ar +O2

Boron Nitride or oxide

P-type SiC

n+ n+

Ar O2 Ar O2

P-type SiC

n+ n+ SiO2 B implant

P-type SiC

n+ n+ Anneal 800oC in Ar

P-type SiC

n+ n+ BSG n+ n+

P-type SiC

BSG gate Process 1 Process 2 Process 3

P-type SiC

n+ n+ PECVD BSG

P-type SiC

n+ n+ n+ n+

P-type SiC

BSG gate

P-type SiC

n+ n+

P-type SiC

n+ n+

Thin SiO2

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SLIDE 10

BSG ¡gate ¡oxide ¡devices ¡ ¡

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BSG gate oxide devices : comparison of B doping methods

BN solid source doped devices showed too weak oxides to be fully characterized. They have been dropped from the study. The high interface trap density of the implanted Boron devices also shows more in depth work would need to be done on these device. Therefore they were also dropped from this study.

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BSG: ¡Oxide ¡strength ¡and ¡stability ¡

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BSG gate oxide devices : stability and reliability

Preliminary results have been obtained in oxide breakdown strength and reliability

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SLIDE 12

BSG ¡MOSFET ¡(B2O3 ¡source) ¡

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  • Devices show high field effect

mobility

  • Reduced interface trap density
  • Residual instability is possibly

due to impurity in the doping material

  • Deposited BSG shows great

promise in reducing unwanted impurities

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SLIDE 13

Ultrahigh ¡temperature ¡Oxida#on ¡

— Process ¡1 ¡

— Oxide ¡growth ¡at ¡1425oC ¡ — Ramp ¡up ¡and ¡ramp ¡down ¡under ¡Ar ¡

flow ¡

— Process ¡2 ¡

— Oxide ¡growth ¡at ¡1150oC ¡ — Anneal ¡in ¡Ar ¡at ¡1500oC ¡

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1425oC ¡oxida#on ¡

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  • Low Mobility
  • Significant Gate leakage
  • High contact resistance due to Al

contact

  • 10 min in O2 at 1425oC
  • Ramp up and down in Ar
  • Thicker than expected oxide,

suggests oxidation during rampu up and ramp down

  • High trap density; The interface

seems unpassivated

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SLIDE 15

1500oC ¡Ar ¡Anneal ¡

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  • Interface trap density similar to

unpassivated oxides

  • Original process requires extremely

fast cooling that could not be

  • replicated. Ramp down was limited to

5o/min to avoid cracking the furnace tube

  • AFM Image of the oxide shows

dendrite-like defects, possibly due to crystallization

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Conclusion ¡

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  • So far Ultra high temperature oxidation did not show any advantage in trap

density reduction, oxide strength or carrier mobility.

  • A fair evaluation of ultra high temperature oxidation requires process equipment

with higher performance to reduce parasitic growth, contamination andcooling rate.

  • Devices with Ni ohmic contacts will be made.
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Remaining ¡Work ¡

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  • Sb counter doped Ultra High temperature oxide devices.
  • Revisit Ultra High temperature oxide devices with improved set up
  • Ge strained SiC devices