Status progetto al 27/05/2005 Processi di deposizione Processo STD (SiH 4 +C 2 H 4 ) Processo con HCl (SiH 4 +C 2 H 4 +HCl) Processo con TCS (TCS +C 2.

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1 Status progetto al 27/05/2005 Processi di deposizione Processo STD (SiH 4 +C 2 H 4 ) Processo con HCl (SiH 4 +C 2 H 4 +HCl) Processo con TCS (TCS +C 2 H 4 ) Caratterizzazione ottica Fotoluminescenza Caratterizzazione elettrica Diodi Schottky DLTS

2 Processo di deposizione STD Ricerca bibliografica dei parametri influenti la crescita epitassiale: Parametri Principali: Temperatura = 1500-1600°C C/Si= 1 – 2,5 (flusso precursori 10-50sccm) Si/H 2 = 0,01 – 0,1 % Drogaggio tipo N Parametri secondari: Pressione Gas carrier e sua portata Etching Camera di reazione Precursori

3 Processo di deposizione STD Flusso H 2 = 100/ 150 slm T = 1550°/ 1600°C P = 100mbar Buffer Layer: C/Si = 1.5/ 2.0 Si/H2 = 0.03% N d =3x10 18 /cm 3 Active Layer: C/Si = 1.5/2 Si/H2 = 0.03% N d =1x10 16 /cm 3

4 Processo di deposizione STD (misure di fotoluminescenza) 380 – 400 nm eccitoni liberi o legati 450 - 600 nm difetti Da una calibrazione effettuata mediante impiantazione ionica si può dire che in questo caso ci sono circa 4x10 17 atomi spostati/cm 3.

5 Processo di deposizione STD (misure di fotoluminescenza) Determinazione della concentrazione di azoto E N /E L proporzionale alla concentrazione di azoto IntrinsecoN d =10 16 /cm 3

6 Curva di calibrazione per Azoto Processo di deposizione STD (misure di fotoluminescenza) Con questa curva di calibrazione si possono misurare valori molto bassi (<10 15 /cm 3 ) di concentrazione di azoto con una buona precisione

7 CBC965E04 GR=6.77 m/hr Th=31.57 m Dop=5.7e14 cm -3 T=1550 °C Si/H 2 =0.03 C/Si=2 H 2 =150 Luminescenza 11 K – difetti Processo di deposizione STD (misure di fotoluminescenza) Nel processo STD non sono presenti difetti fra 480 e 600 nm. Ciò significa che gli atomi spostati sono inferiori a 10 16 /cm 3.

8 Effetto del rapporto Si/H 2 Il massimo valore del rapporto Si/H 2 (senza HCl) sembra essere 0.04 %. A valori più alti le caratteristiche peggiorano notevolmente. Si/H 2 =0.04%Si/H 2 =0.05% Processo di deposizione STD (misure diodi Schottky)

9 Yield: 74 % T=1600 °C Si/H 2 =0.04 % C/Si=2 H 2 =150 slm I (V= -200V) < 1x10 -7 A 1x10 -7 A < I (V= -200V) < 1x10 -5 A I (V= -200V) > 1x10 -5 A Diodo 1 mm 2 Processo di deposizione STD (misure diodi Schottky)

10 Sono in corso di realizzazione dei diodi Schottky per finire di caratterizzare il processo STD (Si/H 2 =0.03%, C/Si=1.5-2, T=1550 °C) e vedere linfluenza del buffer layer (buffer di 4 m). Sono in corso misure DLTS sui diodi realizzati per determinare i livelli profondi introdotti durante la crescita epitassiale.

11 Processo di deposizione STD (misure DLTS) Nei migliori diodi presenti sul wafer con il processo ottimizzato (Si/H 2 =0.04%, C/Si=2, T dep =1600 °C) si osserva solo il livello EH 7 che dovrebbe essere legato ad una di-vacanza. Questo difetto è probabilmente legato al processo di realizzazione del bordo del diodo. Non è presente il livello Z 1 /Z 2 che è sempre presente nelle epitassie CREE.

12 Processo di deposizione con HCl Flusso H2 = 100slm T = 1550°C P = 100mbar No Bake out Buffer Layer: –C/Si = 1.5 –Si/H2 = 0.03% –N2 Buffer = 1,5 slm –Durata Buffer = 5 Active Layer: –HCl=200sccm –C/Si = 1.5 –Si/H2 = 0.10% –N2 effettivo = 23 sccm –Durata Epi = 30 Processo Iniziale (Acido200)

13 AJ122210 GR=16.62 m/hr Th=20.22 m Dop=7.0E15 cm -3 T=1550 °C Si/H 2 =0.1 C/Si=1.5 H 2 =100 HCl=200 Processo di deposizione con HCl (misure di fotoluminescenza) Difetti Atomi spostati 5x10 17 /cm 3

14 HCl 200 sccm T=1550 °C Si/H 2 =0.05% C/Si=1.5 H 2 =100 slm HCl 200 sccm T=1600 °C Si/H 2 =0.1% C/Si=1.5 H 2 =100 slm Processo di deposizione con HCl (misure diodi Schottky) Le caratteristiche non dipendono dal rapporto Si/H 2 e quindi dalla growth rate La mobilità dei portatori è bassa (difetti).

15 Processo di deposizione con HCl (misure diodi Schottky) A parità di concentrazione di drogante e di spessore dello strato epitassiale i diodi su epitassia STD portano più corrente. Quindi la mobilità dei portatori è minore nel processo con HCl. Ciò dovrebbe essere dovuto alla presenza di difetti cristallografici.

16 10 Reverse leakage current @ -600V (A) 10 Reverse leakage current @ -600V (A) Processo di deposizione con HCl (misure diodi Schottky) La corrente di leakage più alta dei diodi su epitassie cresciute con HCl è dovuta alla presenza di difetti cristallografici.

17 Schoen K.J. et al., IEEE Trans. Electron devices 45, 1595 (1998) Processo di deposizione con HCl (misure diodi Schottky) Le caratteristiche inverse in prossimità del breakdown sia per il processo con HCl (verde), che STD (blu) sono comparabili ai migliori dati riportati in letteratura su epitassie CREE.

18 Processo Finale (Acido50) Flusso H2 = 100slm T = 1600°C P = 100mbar No Bake out Buffer Layer: –C/Si = 1.5 –Si/H2 = 0.03% –N2 Buffer = 1,5 slm –Durata Buffer = 5 Active Layer: –HCl=50sccm –C/Si = 1.5 –Si/H2 = 0.10% –N2 effettivo = 23 sccm –Durata Epi = 30 Modifica su rampe: Buffer layer HCl rampato da 0 a setpoint negli ultimi 30 Active layer C 2 H 4 subito al new setpoint SiH 4 dopo 30 rampa in 2min al nuovo setpoint Processo di deposizione con HCl (nuovo processo)

19 DAC274C05 GR=16.11 m/hr Th=87 m T=1600 °C Si/H 2 =0.1 C/Si=1.5 H 2 =100 HCL=50 Processo di deposizione con HCl (nuovo processo) misure di fotoluminescenza Il nuovo processo con HCl non presenta i difetti mostrati dal precedente processo. Non ci sono difetti! Atomi spostati inferiori a 10 16 /cm 3

20 Th=87 m Processo di deposizione con HCl (nuovo processo) misure di fotoluminescenza Anche se il campione è perfetto dal punto di vista della fotoluminescenza si osserva la formazione di buchi legati alla caduta di particelle durante la deposizione. 23 μm SEM – Cross section

21 Processo di deposizione con HCl (nuovo processo) misure diodi Schottky Sono in corso di realizzazione dei diodi Schottky su wafer cresciuti con HCl. Si sono utilizzati i processi ottimizzati mediante fotoluminescenza. Sono in corso misure DLTS sui diodi realizzati con il vecchio processo per determinare i livelli profondi introdotti durante la crescita epitassiale.

22 Flusso H 2 = 150slm T = 1550°-1600°C P = 100mbar Bake out a 500°C (Opzionale) Buffer Layer (Opzionale): –C/Si = 1.5-2.7 –Si/H 2 = 0.01-0.10% –N 2 Buffer = 1,5 slm –Durata Buffer = 10 Active Layer: –TCS=25-168sccm –C/Si = 1.5-2.7 –Si/H 2 = 0.01-0.1% –N 2 effettivo (Opzionale)= 30 sccm –Durata Epi = 30-120 Processo Base Nota bene: Nei vari rapporti si indica come contenuto di Silicio il flusso impostato sul flussimetro del TCS, si assume cioè che dalla bombola di TCS stia uscendo una miscela al 100% di TCS, cosa che non dovrebbe essere reale. Processo di deposizione con TCS

23 Si/H2=0.012 % C/Si=3.6 Si/H2=0.045 % C/Si=2.7 C/Si=2.34 C/Si=2.08 Si/H2=0.06 % Processo di deposizione con TCS

24 Riassunto - Crescite con TCS Variabili: Temperatura – TCS – C/Si Processo di deposizione con TCS

25 Processo di deposizione con TCS (misure di fotoluminescenza) Difetti! Il processo migliore (C/Si=2.5 Si/H 2 = 0.03 % T dep =1550 °C) con TCS presenta la tipica gobba dei difetti. Bisogna ancora ottimizzare il processo. Dopo la prima ottimizzazione con la fotoluminescenza verranno realizzati i diodi Schottky su queste epitassie. Atomi spostati 1.8x10 17 /cm 3