原子探针碳化硅jfet的断层

权力的博客

原子探针碳化硅jfet的断层

去年我们演示了通过一系列的博客电气特性描述的力量产生的设备特征远远超出了可以提供数据。

各种技术存在分析掺杂半导体,如:

• 扫描电容显微术(SCM)我们经常包括在我们的力量报道,这给了我们相对掺杂剂在大区域分析。
• 扫描阻力测定(SRP)和二次离子质谱(SIMS)可以给定量分析,但规模有限。的绝对值的掺杂剂浓度< 1µm宽是具有挑战性的。
• 原子探针断层扫描(APT)是一种非常适合小面积的技术分析,它允许两个三维成像在原子尺度以及化学成分分析。它可以给迷人的见解关于深度剖面和质谱的离子同时存在。

恰当的力量

恰当的工作相结合的原则Field-Evaporation (FE)和飞行时间质谱(TOF-MS)。知道到达的顺序的离子检测器和他们的(x, y)坐标,一个简单的几何projection-based算法可以应用到最后获得一个样本的三维重建。APT可能提供一个优秀的空间分辨率介于0.25 - 1.25 nm取决于被分析的材料。

恰当的敏感性,可以预期,由计数统计和仅仅是有限的可以一样好10原子ppm如果一个足够大的体积是探测。往往是一个强大的3 d元素映射技术,可以潜在产量单原子附近原子级分辨率和检测效率。

我们已经有一个显著的集合分析我们的图书馆UnitedSiC第四代SiC jfet:碳化硅功率平面布置图报告,权力的要点总结和工艺流程分析可以发现在我们的订阅。这个产品也被的主题以前的博客还有的一部分碳化硅产品的博客系列电气描述超出数据表参数。现在工作与同事在加拿大麦克马斯特大学电子显微镜(CCEM)中心,加拿大安大略省我们进一步分析。

CCEM房子各种先进的电子和离子显微镜——以及一个CAMECA Local-Electrode原子探针(跳跃)4000 x人力资源(图1)。这个乐器促进纳米特性和现象的研究对各种各样的材料,包括金属、合金、半导体、陶瓷、矿物和生物材料。

特别是对半导体器件的分析,除了定量和可视化的三维映射元素的各层/接口,恰当的数据可以显示有趣的细节,如掺杂剂隔离缺陷,集中配置文件在纳米尺度的功能和接口,局部成分等,这些信息可以反过来,提供了宝贵的见解设备性能/失败及其制造工艺。

图1:在CCEM CAMECA飞跃4000 x人力资源

目标设备——UnitedSiC第四代SiC JFET

的UnitedSiC UJ4C075018K4S额定在750 V的抵抗(RDS。(上))的18 mΩ。我们之前的博客描述这个设备的好处(进一步讨论看到全文)

这些技术进步给特定的较低阻力(RDS.ON (SP)) 1.32 mΩ。3.03 mΩcm2相比。cm2 UnitedSiC第三代同行。这不仅是低于UnitedSiC的上一代,但低于650 V SiC MOSFET我们观察到。(注意这个实际上是一个750 V设备)。

JFET阵列结构UJ4C075018K4S得以成像的扫描电镜截面图像如图2所示。SCM形象在图3中显示了相对掺杂和p型门底部的接触和胎侧沿沟。它是这一地区(特别是海沟底部)这是特别感兴趣的。

图2:扫描电镜截面的形象UnitedSiC UJ4C075018K4S

图3:扫描电容显微术(SCM)的形象UnitedSiC UJ4C075018K4S详细相对掺杂剂浓度

历史上p型掺杂在SiC挑战性。铝(Al)是最好的受体的候选人,但是艾尔植入4 h-sic < 10%电激活退火1400°C需要1600°C的退火方法激活100%。

相关的挑战与p型掺杂和一生造成缺陷等问题从植入和晶格扭曲高温免疫印迹是一大因素,为什么我们还没有看到商用SiC双极功率半导体器件igbt等。

恰当的UJ4C075018K4S设备

所需的表面电场的大小,使铁可高达几十V / nm,这几乎是不可能实现在实验室设置。为了绕过这个问题,一个恰当的标本是准备的形式针状体的顶端直径50 - 100纳米的顺序,这样几千伏的应用可以产生所需的表面电场的大小。恰当的样品制备是这样,一个不平凡的过程,需要专门的仪器。有针对性的提升式和感兴趣的区域(ROI)的形成是通过使用一个高度集中和高能束离子(一般遗传算法或Xe),而使用扫描电子束成像它。

SEM图像的SiC JFET恰当的标本,是磨使用双光束蔡司NVision 40 (Ga梁)如图4所示。

图4:如果JFET的SEM图像样本准备恰当的分析

目前调查的目标是量化的p型掺杂剂SiC JFET的通道和可视化的三维分布。两个成功的恰当的实验与34和3700万年离子收集,分别。的p型掺杂剂被证实。解决质量峰重叠后,艾尔的内容在每个标本可能在合理的误差和量化的价值平均收益率1 e-19原子/立方厘米(表1),还表示在相同的表是Si, C和艾尔从每个实验内容确定。

表1:组成JFET门地区由恰当的决定

有趣的是,恰当的重建显示非常不均匀分布的铝门区域内显示的隔离碳化硅晶体缺陷(图5)。这些缺陷可能是由于离子注入过程中,铝原子的数量在每一个这样的集群包含大约1000铝原子。正如你所预料的那样,这样的本地化和随机组成设备通道内非均质性是不可取的,因为他们可能会增加设备性能的变化,并最终降低可靠性。

图5:(a)的恰当的重建体积获得基于SEM图像分析(b)所示Iso-concentration ROI内表面有艾尔> 0.35。含有如此丰富铝%,这凸显了集群内JFET门地区。

总结

有通过这个工作证明可以使用APT获得高度本地化的信息从半导体设备,在未来,我们希望扩大我们的分析探讨掺杂剂分布沿侧壁,碳化硅的质量/ SiO接口和本地硅化镍栅内的成分变化。

引用

• 原子探针断层的碳化硅jfet(第一部分)(TechInsights2022年)。
• 超越数据表;SiC场效应晶体管的性能基准测试和测试(第一部分)(TechInsights2021年)。
• b . Gault a . Chiaramonti o . Cojocaru-Miredin p, r . Dubosq c . Freysoldt, t . Li Makineni m·穆迪J.M. Cairney,原子探针断层扫描,Nat。启呆板的方法。1(2021)51。
• b . Gault议员喜怒无常,J.M. Cairney……铃声,原子探针显微镜和材料科学、:施普林格科学与商业媒体,2012:299 - 311页。
• w·Lefebvre-Ulrikson f . Vurpillot x索瓦,原子探针断层扫描,把理论运用到实践中、学术出版社,2016年。
• UnitedSiC引入了新的SiC场效应晶体管设备基于先进创4技术(UnitedSiC网站2020年)。
• UnitedSiC 750 V 18 mΩSiC场效应晶体管功率平面布置图分析(再生能源- 2101 - 804)TechInsights, 2021。
• UnitedSiC UJ4C075018K4S 750年18 mΩ将军4 SiC场效应晶体管功率必需品(pef - 2101 - 801)TechInsights, 2021。
• UnitedSiC UJ4C075018K4S 750 v 18 mΩ将军4 SiC场效应晶体管工艺流程完整(讨论- 2103 - 802)TechInsights, 2021。
• UnitedSiC第四代JFET技术演示了破纪录的表现,未来在哪里?(TechInsights2021年)。
• UJ4C075018K4S数据表(UnitedSiC网站2022年)。