The Effect of Surface Cleaning on Current Collapse in AlGaN/GaN HEMTs

Abstract

The phenomenon of current collapse is a limiting factor in the performance of AlGaN/GaN high electron mobility transistors (HEMTs), and can be ameliorated by the deposition of a silicon nitride passivation film on the surface. The effect of three types of surface cleaning prior to the application of a silicon nitride passivation layer are studied. The best results were obtained when the wafers were cleaned using an air plasma descum followed by an HCl dip prior to the deposition of the silicon nitride passivation. Auger electron spectroscopy depth profiling indicated that the degree of collapse was correlated with the amount of residual carbon contamination at the silicon nitride/AlGaN interface.

Aspectos estructurales, deformación y superficies en relación con la fiabilidad de transistores de alta movilidad electrónica basados en heteroestructuras de AlGaN/GaN

“…La pasivación de la superficie sigue siendo un paso clave para solventar estos problemas y mejorar significativamente las características de los dispositivos, por ejemplo, aumentando la corriente máxima de drenador o la eficiencia de conversión para la potencia en microondas [Bin01,Rom06]. Así mismo, se ha estudiado el efecto positivo de plasmas tanto de oxígeno, [Bar07], como nitrógeno, [Rom06], en las características eléctricas de los transistores HEMT, cuando son utilizados como tratamiento de la superficie justo antes de la pasivación. Por tanto, estos tratamientos reducen el colapso de corriente, posiblemente, reduciendo la captura de electrones en la superficie [Vet01].…”

“…Es decir, reducir la velocidad de ataque aumenta el número de medidas en la intercara, y por tanto, la resolución en la medida en profundidad, pero también enmascara el resultado pues aumenta el depósito de residuos en el espacio de medida. De las perfilometrías AES presentadas por Bardwell et al, realizadas en las mismas condiciones, se puede presuponer que estos ritmos de ataque al menos son suficientes para resolver con detalle concentraciones con diferencias entre el 16 % y 7% [Bar07]. En la Tabla 5-5, se presentan las concentraciones de oxígeno y carbono para la intercara del Pt/AlGaN, la superficie del AlGaN antes de pasivar y la intercara del SiN/AlGaN.…”

“…Al contrastar los resultados de la Tabla 5-5, para la contaminación en la superficie de la oblea antes de pasivar y después en la intercara entre el SiN/AlGaN, se puede observar que en el Procesado I (B061 y KQ20) las cantidades de carbono en la superficie de ambas obleas eran muy altas en comparación con las medidas en la intercara del SiN/AlGaN. Esto podría estar en relación con la mejora de las características eléctricas [Bar07], pero sobre todo con la mejora en las corrientes de fugas en la puerta [Tan06]. Por otro lado, en el Procesado II (KP08 y KP22), las medidas de carbono son prácticamente del mismo orden que en el Procesado I, pero las características eléctricas no mejoran tanto como en el Procesado I.…”

“…Previamente a realizar la pasivación, se han empleado tratamientos de la superficie basados en plasmas de N 2 , [Rom06], y O 2 , [Bar07]. En ambos casos, las características I−V, tanto en DC como AC, incrementaron su corriente máxima de drenador, así como en el voltaje de codo (voltaje de transición entre la zona de saturación y activa del transistor).…”

“…Se considera la superficie activa a la zona de superficie de AlGaN que queda entre el drenador y la puerta (véase Figura 5-5, en la literatura de habla superficie se depositan las diferentes contaminaciones y, en su caso, tendrán lugar la corriente de fuga [Tan06]. Esta variación en las concentraciones de oxígeno y carbono, pueden causar cambios significativos en el comportamiento eléctrico de los dispositivos [Bar07]. Las medidas de XPS necesitan un área mayor que el área entre puerta-fuente o puerta-drenador, aproximadamente un mínimo de 3x3 mm 2 .…”