Ein Beitrag zur Herstellung und Charakterisierung von Galliumnitrid Trench MOSFETs auf nativen Substraten

Abstract

In dieser Arbeit wurden Galliumnitrid basierte Trench Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren auf nativen Substraten hergestellt und vermessen. Der Fokus lag auf dem Metall-Oxid-Halbleiter-Inversionskanal und der Mobilität der Ladungsträger im Kanal. Ein neuartiger, chlorfreier Plasmaätzprozess wurde verwendet, um die Gatetrenches herzustellen. Anschließend wurden die Trenches nasschemisch nachbehandelt. Im Gegensatz zum üblichen Vorgehen wurde die Gatestruktur vollständig metallfrei prozessiert und basiert auf einer Gateelektrode aus polykristallinem Silizium. Gatedielektrikum und Gateelektrode wurden mittels chemischer Gasphasenabscheidung bei niedrigem Druck hergestellt. Verschiedene Gatedielektrika wurden anhand von planaren und getrenchten Metall-Oxid-Halbleiter-Kondensatoren untersucht. Dielektrische Durchbruchfestigkeit, Leckstromdichte, Hystereseeffekte und die Entstehung von Traps wurden untersucht. Im Fall von Siliziumdioxid als Gatedielektrikum erhöhte eine der Abscheidung nachgelagerte Temperprozedur, vor der Deposition der Gateelektrode, die thermische Belastbarkeit und reduzierte Hystereseeffekte. Im Vergleich zu Strukturen mit einer metallenen Gateelektrode zeigten solche mit einer Gateelektrode aus polykristallinem Silizium eine generell bessere Performance hinsichtlich thermischer Stabilität, elektrischer Durchbruchfestigkeit und Hysterese. Die on-State Performance der hergestellten Transistoren war vergleichbar mit State-of-the-Art Bauteilen. Der flächenspezifische On-Widerstand betrug ca.10 mOhm pro cm². Die Ladungsträgermobilität im Inversionskanal war 10 cm²/Vs für ein vertikales Interface und 30 cm²/Vs für ein planares.