Влияние технологических параметров осаждения диэлектрических слоев методом ICP CVD на поверхностные токи утечки в AlGaN/GaN HEMT

Исследовано влияние технологических параметров осаждения диэлектрических пассивирующих пленок методом ICP CVD (соотношение газов, мощность индуктивно-связанной плазмы, температура подложки, рабочее давление) на структурные и электрофизические свойства слоев AlGaN-поверхности. Показано, что предварительная плазмохимическая обработка AlGaN в кислородной среде приводит к формированию контролируемого оксидного интерфейса, снижающего поверхностные состояния и подавляющего токи утечки сток-исток в закрытом состоянии на два-три порядка. Установлена корреляция между режимами осаждения нитрида кремния (SiN) и степенью плазменного повреждения AlGaN/GaN-гетероструктур. Для минимизации деградации предложен композитный диэлектрик на основе кислородсодержащего нитрида кремния (SiON). Ключевым результатом является разработка комбинированного подхода: предварительная модификация поверхности AlGaN кислородной плазмой с последующим осаждением SiON в мягком режиме ICP CVD (мощность ≤300 Вт, давление ≥14 Па). Полученные результаты демонстрируют перспективность комбинированного подхода (предварительная модификация поверхности + управляемая пассивация) для минимизации деградации электрофизических свойств HEMT-структур.

1. Investigation of the Fabrication Processes of AlGaN/AlN/GaN НЕМТs with in SITU Si3N4 Passivation / K. N. Tomosh [et al.] // Semiconductors. Vol. 50, No 10. Р. 1416–1420.

2. Surface Electrical Characterization of Defect Related Inhomogeneities of AlGaN/GaN/Si Heterostructures Using Scanning Capacitance Microscopy / A. Szyszka [et al.] // Materials Science in Semiconductor Proces­ sing. 2019. Vol. 94. P. 57–63. DOI: 10.1016/j.mssp.2019.01.043.

3. Mao, L.-F. Investigating the Effects of the Interface Defects on the Gate Leakage Current in MOSFETs / L.-F. Mao // Applied Surface Science. 2008. Vol. 254, No 20. Р. 6628–6632. DOI: 10.1016/j.apsusc.2008.04.045.

4. Comprehensive Comparison of MOCVD- and LPCVD-SiNx Surface Passivation for AlGaN/GaN HEMTs for 5G RF Applications / L. Deng [et al.] // Micromachines. 2023. Vol. 14, No 11. DOI: 10.3390/mi14112104.5.

5. Meyer, D. J. Pre-Passivation Plasma Surface Treatment Effects on Critical Device Electrical Parameters of AlGaN/GaN HEMTs / D. J. Meyer, J. R. Flemish, J. M. Redwing // International Conference on Compound Semiconductor Manufacturing Technology, CS MANTECH 2008. P. 261–264.

6. High Quality PECVD SiO2 Process for Recessed MOS-Gate of AlGaN/GaN-On-Si Metal-OxideSemiconductor Heterostructure Field-Effect Transistors / J. Lee [et al.] // Solid State Electron. 2016. Vol. 122. P. 32–36.

7. AlGaN/GaN MOS-HEMT Device Fabricated Using a High Quality PECVD Passivation Process / A. Chakroun [et al.] // IEEE Electr. Device Lett. 2017. Vol. 38. P. 779–782.

8. Reactive Evaporation of SiOx Films for Passivation of GaN High-Electron-Mobility Transistors / G. Zhu [et al.] // Journal of Physics and Chemistry of Solids. DOI: 10.1016/j.jpcs.2018.12.021.

9. Investigation of Surface Related Leakage Current in AlGaN/GaN High Electron Mobility Transistors / J. K. Kaushik [et al.] // Thin Solid Films. 2016. Vol. 612. P. 147–152. DOI: 10.1016/j.tsf.2016.06.003.

10. GaN-Based Metal-Insulator-Semiconductor High-Electron-Mobility Transistors Using Low-Pressure Chemical Vapor Deposition SiNx as Gate Dielectric / M. Hua [et al.] // IEEE Electron Device Letters. 2015. Vol. 36, No 5. P. 448–450. DOI: 10.1109/LED.2015.2409878.

11. Оптимизация процесса пассивации при изготовлении СВЧ-транзисторов на основе AlGaN/GaN гетероструктур методом ICP CVD / А. А. Слепцова [и др.] // Материалы электронной техники. 2020. Т. 23, № 2. С. 127–133. DOI: 10.17073/1609-3577-2020-23-2-127-133.

12. Jin, C. Silicon Nitride Has Been Broadly Used as a Passivation Film Material and Shown to Improve Device Performance / С. Jin // Electronics Letters. 2018. Vol. 54, No15. DOI: 10.1049/el.2018.1401.

13. Effective Passivation with High-Density Positive Fixed Charges for GaN MIS-HEMTs / S.-C. Liu [et al.] // IEEE Journal of the Electron Devices Society. 2017. Vol. 5, No 3. P. 170–174. DOI: 10.1109/jeds.2017.2669100.

14. Impact of Al2O3 Passivation on AlGaN/GaN Nanoribbon High-Electron-Mobility Transistors / S. Joglekar [et al.] // IEEE Transactions on Electron Devices. 2016. Vol. 63, No 1. P. 318–325. DOI: 10.1109/ted.2015.2500159.

15. Influence of Oxygen-Plasma Treatment on AlGaN/GaN Metal-Oxide-Semiconductor Heterostructure FieldEffect Transistors with HfO2 by Atomic Layer Deposition: Leakage Current and Density of States Reduction / R. Stoklas [et al.] // Semiconductor Science and echnology. 2017. Vol. 32, No 4. DOI: 10.1088/1361-6641/aa5fcb.

16. Koehler, A. D. Advances in AlGaN/GaN HEMT Surface Passivation / A. D. Koehler // ECS Trans. 2016. P. 75–99. DOI: 10.1149/07512.0099ecst.

17. Chenkai, D. Improvement of DC Performance and RF Characteristics in GaN-Based HEMTs Using SiNx Stress-Engineering Technique / D. Chenkai, W. Peiran, T. Chuying // Nanomaterials. 2024. Vol. 14, No 18. DOI: 10.3390/nano14181471.

18. Tongde, H. Small- and Large-Signal Analyses of Different Low-Pressure-Chemical-Vapor-Deposition SiNₓ Passivations for Microwave GaN HEMTs / H. Tongde, B. Johan // IEEE Transactions on Electron Devices. 2018. Vol. 99. P. 1–7. DOI: 10.1109/TED.2017.2789305.