Schmidt R (2023)
Publication Language: German
Publication Type: Thesis
Publication year: 2023
Die vorliegende Masterarbeit untersuchte die Herstellung und Charakterisierung MOS-Kondensatoren auf 4H-SiC Substraten. Dabei wurden folgende zwei Forschungsfragen bearbeitet:
1.Untersuchung der elektrischen und physikalischen Eigenschaften von SiO2-Schichten auf 4H SiC c-Plane Wafern anhand von MOS-Kondensatoren, um Referenzwerte für spätere Untersuchungen auf a-Plane Wafern zu erhalten
2.Untersuchung des Wachstums von SiO2 auf 4H SiC c- und a-Plane Wafern während der trockenen thermischen Oxidation anhand aktueller Modelle zur Oxidationskinetik
Im Rahmen von Forschungsfrage 1 wurden MOS-Kondensatoren auf 4H-SiC c-Plane Substraten hergestellt. Dafür wurden folgende Oxidabscheide- bzw. Aufwachsverfahren verwendet: PECVD, LPCVD, trocken thermisch (mit und ohne NO-POA) sowie feucht thermisch (mit re-oxidation). Als Metallisierung wurde polykristallines Silizium verwendet. Während der Herstellung wurden u. a. Schichtdicken, Flächenwiderstände, Belichtung sowie Ätzraten beim Trockenätzen untersucht. An den hergestellten MOS-Kondensatoren wurden quasistatische und hochfrequente C-V-Messungen durchgeführt. Die Grenzflächenzustandsdichte wurde mittels dreier Methoden bestimmt: hochfrequente Kapazitätsmessung nach Terman, nieder- und hochfrequente Kapazitätsmessung nach Castagné und Vapaille sowie Leitwertmessung nach Hill und Coleman. Für das PECVD-, LPCVD- und das feuchte Oxid zeigten die hochfrequenten Kurven eine starke positive Verschiebung der Flachbandspannung, was auf eine hohe Konzentration ortsfester Oxidladungen hinweist. Zudem war eine leichte Hysterese sowie ein ausgeprägter Buckel im Bereich der Verarmung zu erkennen. Die Grenzflächenzustandsdichte für das LPCVD- und das feuchte Oxid war zwischen 0,1 und 0,2 eV vor der Leitungsbandkante stark erhöht. Dies deutet zusammen mit dem Buckel der C-V-Kurven auf den Einfluss von Near-interface Traps hin. Für das trockene Oxid ohne NO-POA zeigte die quasistatische Kurve eine kleine Spitze im Bereich der Verarmung, was zusammen mit der Erhöhung der Grenzflächenzustandsdichte bei 0,1 eV auf langsame Near-interface Traps hindeutet. Die C-V-Kurven des trockenen Oxids mit NO-POA waren nahezu ideal. Neben einer deutlichen Reduzierung der Grenzflächenzustandsdichte wurde eine energetische Verschiebung der Zustände zum Leitungsband hin festgestellt. Somit konnte für trockene Oxide gezeigt werden, dass NO-POA die Grenzflächenzustandsdichte effektiv reduzieren kann.
Für Forschungsfrage 2 wurden c-Plane Substrate (Si-Face, C-Face) und a-Plane Substrate (a-Face) bei 1300 °C unterschiedlich lange oxidiert. Für C-Face resultierte eine um den Faktor 2,5 bis 3 erhöhte Oxiddicke im Vergleich zu Si-Face, wobei der Unterschied mit zunehmender Oxidationszeit schwindet. Die Oxiddicken und Oxidationsraten für a-Face sind vergleichbar mit C-Face. Für Si-Face ohne epitaktische Schicht ergab sich über die gesamte Oxiddicke hinweg eine leicht erhöhte Oxidationsrate im Vergleich zu Si-Face mit epitaktischer Schicht. Das Fitting der Oxidationsrate nach dem Deal-Grove-Modell ergab für alle Oberflächen deutliche Abweichungen. Mit Hilfe von Massouds empirischer Gleichung konnte die Oxidationsrate nahezu über die gesamte Oxiddicke hinweg zuverlässig modelliert werden. Diese Anwendung von Massouds empirischer Gleichung auf die Oxidation von 4H-SiC a-Plane existiert nach Kenntnis des Autors bislang in der Literatur nicht.
APA:
Schmidt, R. (2023). Einzelprozessentwicklung für die Herstellung von Halbleiterbauelementen auf 4H-SiC a-Plane Substraten (Master thesis).
MLA:
Schmidt, Robin. Einzelprozessentwicklung für die Herstellung von Halbleiterbauelementen auf 4H-SiC a-Plane Substraten. Master thesis, 2023.
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