Process optimization to increase yield of unipolar 4H-SiC Power Devices
Internally funded project
Start date : 01.01.2020
Project details
Short description
Ausbeute spielt eine wichtige Rolle in der Halbleiterindustrie. In den letzten Jahren entwickelte sich auf dem Markt für Leistungshalbleiterbauelemente ein immer stärker wachsender Anteil der Halbleitermaterialsystemen mit weiter Bandlücke, insbesondere Siliciumcarbid (SiC). Aufgrund seiner diversen Vorteile wird SiC immer wichtiger in der Leistungselektronik. In dieser, im Vergleich zur Silicium-Technologie, noch jungen Technologie, gibt es noch einige Mechanismen, die zu verringerter Ausbeuten und verringerter Bauelement-Lebensdauer führen. Aufgrund der schnellen Weiterentwicklung sowie der speziellen Materialeigenschaften von SiC, ist vor allem die Ausbeute bei der Fertigung (und auch die Zuverlässigkeit der Bauelemente) ein kritischer Faktor für eine effektive Kommerzialisierung von SiC-basierten Leistungsbauelementen.
In dieser Arbeit wird der Einfluss von unterschiedlichen technologischen und physikalischen Parametern auf die Ausbeute und in Teilen auf die Zuverlässigkeit von SiC-Leistungsbauelementen untersucht. Diese Einflüsse werden bezüglich ihrer Bedeutung und Wechselwirkung zueinander eingeordnet und bewertet. Zusätzlich werden mögliche Gegenmaßnahmen aufgezeigt, um die Auswirkungen dieser Effekte zu reduzieren und die Robustheit des Herstellungsprozesses zu erhöhen.
Das Forschungsprojekt wird im Rahmen eines LEB-Promotionsvorhabens in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie (IISB) bearbeitet.
Scientific Abstract
Ausbeute spielt eine wichtige Rolle in der Halbleiterindustrie. In den letzten Jahren entwickelte sich auf dem Markt für Leistungshalbleiterbauelemente ein immer stärker wachsender Anteil der Halbleitermaterialsystemen mit weiter Bandlücke, insbesondere Siliciumcarbid (SiC). Aufgrund seiner diversen Vorteile wird SiC immer wichtiger in der Leistungselektronik. In dieser, im Vergleich zur Silicium-Technologie, noch jungen Technologie, gibt es noch einige Mechanismen, die zu verringerter Ausbeuten und verringerter Bauelement-Lebensdauer führen. Aufgrund der schnellen Weiterentwicklung sowie der speziellen Materialeigenschaften von SiC, ist vor allem die Ausbeute bei der Fertigung (und auch die Zuverlässigkeit der Bauelemente) ein kritischer Faktor für eine effektive Kommerzialisierung von SiC-basierten Leistungsbauelementen.
In dieser Arbeit werden unterschiedliche Aspekte der Ausbeuteerhöhung in der SiC Technologie beleuchtet. Dabei wird der Einfluss von unterschiedlichen Phänomenen bewertet und bezüglich ihrer Bedeutung eingeordnet. Ein wichtiger Bestandteil der Analyse ist die Einbeziehung von Epitaxie-Defekten, deren Einfluss auf die Bauelementeigenschaften zum einen bekannt sein muss, um andere Effekte korrekt zu bewerten, zum anderen mit Fertigungsprozessen und deren Prozessergebnissen in der VDMOS Technologie wechselwirken können. Es konnte gezeigt werden, dass die untersuchten Punkte in Bezug auf die Qualität und Quantität speziell für die SiC-Technologie relevant sind. Die gefundenen Einflüsse betreffen die Auswirkungen von Epitaxie-Defekten auf das Sperr- und Durchlassverhalten bei PiN-Dioden und den Effekt von Punktdefekten im SiC-Kristall auf Kanal- und Sperreigenschaften durch Kompensationseffekte. Weiterhin die Abhängigkeiten der Bauelementperformance und Prozessrobustheit vom Zell-Design in der VDMOS Technologie, vor allem im Zusammenhang mit durch Fehljustierung erzeugten Kurzkanaleffekte, sowie die Auswirkungen von Epitaxie-Defekten und dem Gateoxid-Prozess auf die Ausbeute und Zuverlässigkeit des Gateoxids in der VDMOS Technologie. Zusätzlich werden mögliche Gegenmaßnahmen aufgezeigt, um die Auswirkungen dieser Effekte zu reduzieren und die Robustheit des Herstellungsprozesses zu erhöhen.
