Towards reliable high-temperature stable SiC CMOS technology - concepts, challenges and solutions (HT CMOS)
Internally funded project
Acronym: HT CMOS
Start date : 01.09.2021
Project details
Short description
This work aims to enable a high-temperature stable 4H-SiC technology to fabricate CMOS devices.
Scientific Abstract
Temperaturbereiche von Raumtemperatur bis zu 500 °C durchgehend betreiben zu können stellt viele Herausforderungen an die Bauelemente und die Technologie, mit denen sie hergestellt wurden. Da diese aktuell noch nicht komplett gelöst sind, müssen mehrere Punkte im Vergleich zum derzeitigen Stand verbessert werden.
Der elektrische Kontakt zwischen SiC und der Metallisierung muss über den gesamten Temperaturbereich und für NMOS und PMOS ohmsches Verhalten vorweisen. Dafür werden auch die Kontaktlochgrößen, die Materialien des Kontaktmetalls und der Silizidierungsprozess relevant. Die Metallisierungs- und Passivierungsschichten müssen raue Umgebungen einschließlich hoher Temperatur aushalten können. Idealerweise muss eine zweite Metallschicht verfügbar sein, um komplexere integrierte Schaltungen verbinden zu können. Zudem muss die Technologie abhängig von speziellen Anforderungen von Kunden oder Bauelementen in bestimmtem Maße anpassbar sein, ohne die Zuverlässigkeit einzuschränken. Ein solches Beispiel wäre die Anpassung der Einsatzspannung. Alle genannten Punkte müssen gelöst werden, um die Technologieplattform für weiterführende wissenschaftliche Untersuchungen zur Verfügung zu stellen. Zudem können damit verschiedene Sensorarten, inklusive Auswerteelektronik auf dem gleichen Chip, hergestellt werden, die beispielsweise in Gasturbinen oder Flugzeug- und Raketentriebwerken unterschiedliche Parameter überwachen.
Diese Arbeit soll eine 4H-SiC Technologie für die Herstellung von hochtemperaturstabilen CMOS Bauelementen ermöglichen. Dazu werden bestehende Herstellungsmodule erweitert und zusätzliche erstellt, die modular in den Gesamtprozess integrierbar sind. Es werden Prozesskontrollstrukturen und einfache Transistoren hergestellt und charakterisiert und Material- und Bauelementkenngrößen zu ermitteln und optimieren.
