Risultati preliminari diodi Schottky F. La Via, G. Galvagno, A. Firrincieli, F. Roccaforte, S. Di...
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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.