Risultati preliminari diodi Schottky

F. La Via, G. Galvagno, A. Firrincieli, F. Roccaforte, S. Di Franco.

Esperimento HCl

• Sono stati realizzati diodi su wafer cresciuti con HCl (200 sccm) e con due diversi valori del rapporto Si/H2 (0.05 e 0.1 %) che hanno quindi due diverse growth rate (10.11 e 16.51 µm/h).

• Il wafer con rapporto Si/H2 più alto è stato cresciuto a 1600 °C mentre il wafer con Si/H2 più basso è stato cresciuto a 1550 °C.

• I due wafer hanno una concentrazione di micropipes molto elevata.

339i

Yield: 15 %

HCl 200 sccm

T=1550 °C

Si/H2=0.05%

C/Si=1.5

H2=100 slm

I (V= -200V) < 1x10-7A

1x10-7A < I (V= -200V) < 1x10-5A

I (V= -200V) > 1x10-5A

Diodo 1 mm2

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,01E-10

1E-9

1E-8

1E-7

1E-6

1E-5

1E-4

1E-3

0,01

0,1

1

SAMPLE 339in = 1.11 + 0.04 = (1.53 + 0.04) eVRs = (0.41 + 0.20) C

urre

nt (

A)

Forward bias (V)

-9 -8 -7 -60,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Nor

mal

yzed

yie

ld

Sample: 339i

Iavg

= 3.2 x 10-8 A

10 10 10 10

Reverse leakage current at -200V (A)

340e

Yield: 21 %

HCl 200 sccm

T=1600 °C

Si/H2=0.1%

C/Si=1.5

H2=100 slm

I (V= -200V) < 1x10-7A

1x10-7A < I (V= -200V) < 1x10-5A

I (V= -200V) > 1x10-5A

Diodo 1 mm2

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,01E-10

1E-9

1E-8

1E-7

1E-6

1E-5

1E-4

1E-3

0,01

0,1

1

SAMPLE 340en = 1.10 + 0.04 = (1.54 + 0.05) eV

Cur

rent

(A

)

Forward bias (V)

-9 -8 -7 -60,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Nor

mal

yzed

yie

ld

Sample: 340e

Iavg= 3.25 x 10-8 A

10 10 10 10

Reverse leakage current at -200V (A)

Processo con HCl

•Non sembra avere una grossa influenza il rapporto Si/H2 e quindi la velocità di crescita.

• La bassa resa sembra legata all’alta densità di micropipes, particelle e carrot.

• Esiste una disuniformità delle caratteristiche random su tutta la fetta.

• La mobilità sembra bassa (molti difetti).

• La distribuzione delle caratteristiche inverse sembra migliore sul secondo campione.

Conclusione - 1

Esperimento rapporto Si/H2

• Sono stati realizzati dei diodi su due wafer cresciuti con diversi rapporti Si/H2 (0.04 e 0.05 %) in modo da determinare il massimo valore di tale rapporto per crescite epitassiali in assenza di HCl.

• La temperatura di deposizione è stata fissata a 1550 °C e il rapporto C/Si a 1.5.

350

Yield: 28 %

T=1550 °C

Si/H2=0.04%

C/Si=1.5

H2=100 slm

I (V= -200V) < 1x10-7A

1x10-7A < I (V= -200V) < 1x10-5A

I (V= -200V) > 1x10-5A

Diodo 1 mm2

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,01E-10

1E-9

1E-8

1E-7

1E-6

1E-5

1E-4

1E-3

0,01

0,1

1

SAMPLE 350n = 1.09 + 0.01 = (1.56 + 0.01) eVRs = (0.65 + 0.18)

Cur

rent

(A

)

Forward bias (V)

-9 -8 -7 -60,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Nor

mal

yzed

yie

ld

Sample: 350

Iavg

= 2.8 x 10-8 A

10 10 10 10

Reverse leakage current at -200V (A)

352

Yield: 31 %

T=1550 °C

Si/H2=0.05 %

C/Si=1.5

H2=100 slm

I (V= -200V) < 1x10-7A

1x10-7A < I (V= -200V) < 1x10-5A

I (V= -200V) > 1x10-5A

Diodo 1 mm2

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,01E-10

1E-9

1E-8

1E-7

1E-6

1E-5

1E-4

1E-3

0,01

0,1

1SAMPLE 352n = 1.33 + 0.17 = (1.37 + 0.10) eVmigliore: n = 1.18 = 1.48 eV

Cur

rent

(A

)

Forward bias (V)

-9 -8 -7 -60,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Nor

mal

yzed

yie

ld

Sample: 352

Iavg

= 2.1 x 10-8 A

10 10 10 10

Reverse leakage current at -200V (A)

Effetto del rapporto Si/H2

• Il massimo valore del rapporto Si/H2 (senza HCl) sembra essere 0.04 %. A valori più alti le caratteristiche peggiorano notevolmente.

Conclusione - 2

Esperimento matrice

• Sono stati realizzati dei diodi su 4 wafer aventi diversi rapporti C/Si (1.5 – 2) e temperature di deposizione (1550 – 1650 °C).

• E’ stato fissato il rapporto Si/H2 (0.04 %) ed il flusso di H2 (150 slm).

378

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,01E-10

1E-9

1E-8

1E-7

1E-6

1E-5

1E-4

1E-3

0,01

0,1

1

SAMPLE 378n = 1.11 + 0.03 = (1.50 + 0.05) eVR

s = (1.69 + 0.42)

Cur

rent

(A

)

Forward bias (V)

YIELD = 0 %DOPE:

6.58 × 1016 cm3

T=1600 °C

Si/H2=0.04 %

C/Si=1.5

H2=150 slm

Il drogaggio troppo alto induce delle caratteristiche inverse con correnti di leakage molto elevate e quindi una resa uguale a zero!

381

Yield: 29 %

T=1550 °C

Si/H2=0.04 %

C/Si=2

H2=150 slm

I (V= -200V) < 1x10-7A

1x10-7A < I (V= -200V) < 1x10-5A

I (V= -200V) > 1x10-5A

Diodo 1 mm2

Diodi scarto

Gli scarti sono legati essenzialmente a micropipes e particelle. Esistono però anche scarti in cui non sono presenti micropipes o

particelle.

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,01E-10

1E-9

1E-8

1E-7

1E-6

1E-5

1E-4

1E-3

0,01

0,1

1SAMPLE 381n = 1.65 + 0.38 = (1.25 + 0.17) eVmigliore: n.11n = 1.18 = 1.49 eV

Cur

rent

(A

)

Forward bias (V)

-9 -8 -7 -60,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Nor

mal

yzed

yie

ld

Sample: 381

Iavg= 7 x 10-9 A

10 10 10 10

Reverse leakage current at -200V (A)

382

Yield: 74 %

T=1600 °C

Si/H2=0.04 %

C/Si=2

H2=150 slm

I (V= -200V) < 1x10-7A

1x10-7A < I (V= -200V) < 1x10-5A

I (V= -200V) > 1x10-5A

Diodo 1 mm2

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,01E-10

1E-9

1E-8

1E-7

1E-6

1E-5

1E-4

1E-3

0,01

0,1

1SAMPLE 382n = 1.06 + 0.03 = (1.60 +0.03) eVRs parte sup = (0.20 + 0.04) Rs parte inf = (0.30 + 0.11)

Cur

rent

(A

)

Forward bias (V)Esiste una disuniformità di drogaggio fra parte alta e parte bassa (vicino al flat) del wafer che comporta una variazione

della resistenza in serie al diodo.

-9 -8 -7 -60,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Nor

mal

yzed

yie

ld

Sample: 382

Iavg= 9 x 10-9 A

10 10 10 10

Reverse leakage current at -200V (A)

382

Yield: 61 %

T=1600 °C

Si/H2=0.04 %

C/Si=2

H2=150 slm

I (V= -200V) < 1x10-7A

1x10-7A < I (V= -200V) < 1x10-5A

I (V= -200V) > 1x10-5A

Diodo 2 mm2

382

Yield: 90 %

2 diodi con I(V= -200V) < 1x10-7A

1 diodo con I(V= -200V) < 1x10-7A + 1 diodo con I(V= -200V) > 1x10-7A

2 diodi con I(V= -200V) > 1x10-7A

Diodo 0.25 mm2

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.50

20

40

60

80

100

SAMPLE 382

Yie

ld (

%)

Diode area (mm2)

Dipendenza della resa dall’area

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,01E-11

1E-10

1E-9

1E-8

1E-7

1E-6

1E-5

1E-4

1E-3

0,01

0,1

1

SAMPLE 382

0.25 mm2

1 mm2

2 mm2

n = 1.03 = 1.63

Cur

rent

den

sity

(A

/mm

2 )

Forward bias (V)

I diodi più grandi mostrano una resistenza in serie in proporzione più alta rispetto ai diodi più piccoli. Ciò potrebbe essere dovuto alla maggiore presenza di difetti.

Andamento della Rs in funzione dell’area

387

Yield: 65 %

T=1650 °C

Si/H2=0.04 %

C/Si=2

H2=150 slm

I (V= -200V) < 1x10-7A

1x10-7A < I (V= -200V) < 1x10-5A

I (V= -200V) > 1x10-5A

Diodo 1 mm2

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,01E-10

1E-9

1E-8

1E-7

1E-6

1E-5

1E-4

1E-3

0,01

0,1

1SAMPLE 387n = 1.06 + 0.03 = (1.60 + 0.02) eVR

s parte sup = (0.49 + 0.17)

Rs parte inf = (22300 + 39700)

Cur

rent

(A

)

Forward bias (V)

Si osserva una grossa disuniformità di drogaggio fra la zona del wafer vicina al flat e la zona opposta.

-9 -8 -7 -60,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Nor

mal

yzed

yie

ld

Sample: 387

Iavg= 1.9 x 10-8 A

10 10 10 10

Reverse leakage current at -200V (A)

Dipendenza da Si/C e temperatura

• Il processo migliore sembra quello con Si/C=2 e T=1600 °C

• La mobilità è più alta ad alte temperature (1600 – 1650 °C)

• Esiste una disuniformità delle caratteristiche fra la parte alta e la parte bassa della fetta.

Conclusione - 3

Esperimento wafer intrinseco

• Sono stati realizzati dei diodi su un wafer non drogato intenzionalmente in modo da misurare la concentrazione di drogante dell’intrinseco mediante dei diodi e vederne la disuniformità.

434

Yield:

5 %

T=1550 °C

Si/H2=0.03 %

C/Si=1.5

H2=150 slm

undoped

I (V= -200V) < 1x10-7A

1x10-7A < I (V= -200V) < 1x10-5A

I (V= -200V) > 1x10-5A

Diodo 1 mm2

Diodi scarto

Anche in questo caso gli scarti sono legati essenzialmente a micropipes e particelle visibili nella maggioranza dei diodi

scarto. Esistono anche dei diodi scarto in cui non sono visibili difetti macroscopici.

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,01E-10

1E-9

1E-8

1E-7

1E-6

1E-5

1E-4

1E-3

0,01

0,1

1

SAMPLE 434PARTE SUPERIOREn = 1.18 + 0.05 = (1.58 +0.04) eVPARTE INFERIOREn = 1.28 + 0.13 = (1.67 +0.11) eV

Cur

rent

(A

)

Forward bias (V)

Esiste una grossa disuniformità di drogaggio fra la parte del wafer vicina al flat e la parte lontana dal flat.

-9 -8 -7 -60,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Nor

mal

yzed

yie

ld

Sample: 434

Iavg= 5.4 x 10-8 A

10 10 10 10

Reverse leakage current at -200V (A)

0 30 60 90 120 1500

10

20

30

40

50

60

70

80

Particelle

Yie

ld (

%)

Difetti (cm-2)

0 100 200 300 4000

10

20

30

40

50

60

70

80

Carrot

Yie

ld (

%)

Difetti (cm-2)

Correlazioni difetti-rese

Correlazioni difetti-rese

0 10 20 30 400

10

20

30

40

50

60

70

80

Dislocazioni

Yie

ld (

%)

Difetti (cm-2)

0 100 200 3000

10

20

30

40

50

60

70

80

Micropipe

Yie

ld (

%)

Difetti (cm-2)

0 100 200 300 400 500 600 7000

10

20

30

40

50

60

70

80

Difetti totali

Yie

ld (

%)

Difetti (cm-2)

Correlazioni difetti-rese

Le rese sembrano direttamente correlate alla densità dei difetti macroscopici osservati sullo strato epitassiale prima della

realizzazione dei diodi.

TH DOPE I rev (A) B RS

(m) (cm-3

) (V=-200V) (eV) ( ) (cm2/Vs)

339i 5.56 2.14E+16 8.11 686 249 82 (3.2 ± 2.4)E-8 1.11 0.04 1.53 0.04 0.41 0.20 62 33 15%340e 9.63 1.33E+16 7.5 376 229 73 (3.2 ± 3.1)E-8 1.10 0.04 1.54 0.05 2.50 2.10 40 30 21%350 7.42 1.80E+16 6.7 351 67 59 (2.8 ± 2.3)E-8 1.09 0.01 1.56 0.01 0.65 0.18 47 11 28%

1.33 0.17 1.37 0.10 ------ ------

(migliore: 1.18)

(migliore: 1.48)

(migliore: 0.40)

(migliore: 152)

378 8.13 6.58E+16 7.5 195 44 62 ------ 1.11 0.03 1.50 0.05 1.69 0.42 5.1 1.5 0%1.65 0.38 1.25 0.17 ------ ------

(migliore: 1.18)

(migliore: 1.49)

(migliore: 58)

(migliore: 1.07)

0.20 0.04 305 103(parte alta) (parte alta)0.30 0.11 189 71

(parte bassa)

(parte bassa)

0.49 0.17 232(parte alta) (max parte

alta)22300

39700(parte bassa)

1.18 0.05 1.58 0.04 43 29(parte alta) (parte alta) (parte alta)1.28 0.13 1.67 0.11 19500

14500(parte bassa)

(parte bassa)

(parte bassa)

------- 5%

1.06 0.03 1.60 0.02 65%

434 5.62 intrinseco 399 340 50

1.60 0.03

(5.4 ± 3.8)E-8

74%

387 8.39 9.35E+15 69.9 111 59 35 (1.9±1.8)E-8

29%

382 8.51 1.38E+16 15.64 54 17 33 (9.0±7.4)E-9 1.06 0.03

(2.1 ± 1.4)E-8 31%

381 8 8.09E+15 2 205 49 133 (7.0 9.7)E-9

PART (1/cm2)

n YIELD

352 9.09 1.12E+16 15.85 191 27 61

CICLO DOPE % DIF (1/cm2)

Mp (1/cm2)

Attività future

• I diodi verranno caratterizzati a tensioni maggiori (600 V) in modo da osservare se, in funzione del processo, si osserva una variazione del breakdown.

• Verranno fatte caratterizzazioni in temperatura delle caratteristiche dirette ed inverse in modo da determinare i meccanismi di conduzione.

• Verranno misurate le concentrazioni di drogante mediante misure C-V.

• Verranno convertite le misure di resistenza serie in mobilità e si vedrà se questo parametro presenta una correlazione con i parametri di deposizione.