Processing and characterization of self-aligned Ni/Al and Co ohmic contacts to 4H-SiC

• Main Author: Ferrario, Andrea
• Format: Others
• Language: English
• Published: KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS) 2018
• Subjects: Computer and Information Sciences; Data- och informationsvetenskap
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-235539

New self-aligned silicide processes for the realization of Ni/Al and Co contacts to silicon carbide (4H-SiC) are presented and contacts are characterized using the transfer length method (TLM). Since cobalt silicide formation on 4H-SiC has not been investigated before, interface reaction between Co and 4H-SiC as well as the study on the annealing temperatures constitute an essential part of this work. For this purpose, x-ray diffraction (XRD) analysis is performed and results on the temperature and time dependency are derived. Contact fabrication is performed through rapid thermal processing (RTP) in two steps: the first is needed to establish the silicide phase and the second to form an ohmic contact. For what regards Ni/Al contacts, both first step annealing (FSA) and second step annealing (SSA) were performed at 600 °C. For Co it was found that FSA at 800 °C and SSA at 1000 °C was a good choice to form ohmic contacts to n-type 4H-SiC. Sheet resistance and specific contact resistivity (rC) are extracted for each kind of contact. The electrical characterization is performed for different temperatures starting from 25 °C to a maximum of 500 °C for the Ni/Al contacts and in the range 25-300 °C for Co contacts. At room temperature (25 °C), a rC of 5.6 · 10−4 cm2 is found for Ni/Al p-type (> 1 · 1019 cm-3) contacts while a rC of 3.6 · 10−4  cm2 is extracted for Co n-type (1 · 1019 cm-3) contacts. === Nya självlinjerade silicideringsprocesser för att möjliggöra Ni/Al- och koboltkontakter till kiselkarbid (4H-SiC) presenteras och karaktäriseras via överföringslängdsmetoden (eng. transfer length method, TLM). Eftersom att den självlinjerade koboltmetalliseringen på 4H-SiC var en ny process så blev en viktig del av arbetet att studera gränssnittsreaktionen vid olika värmebehandlingstemperaturer. Röntgendiffraktion (eng. x-ray diffraction, XRD) användes för detta ändamål och temperatur- och tidsberoende bestämdes. Kontaktformering genomförs via snabb värmebehandling (eng. Rapid thermal processing, RTP) i två steg: det första steget bildar en silicid och det andra steget bildar den ohmska kontakten. Både det första och andra värmebehandlingssteget (eng. first step anneal, FSA, och second step anneal, SSA, resp.) gjordes vid 600 °C. Det upptäcktes att kobolt gav ohmska kontakter till n-typ SiC om man gör det första värmebehandlingssteget vid 800 °C och det andra värmebehandlingssteg vid 1000 °C. Ytresistivitet och specifik kontaktresistivitet (rc) har extraherats för båda typer av kontakter. Den elektriska karaktäriseringen gjordes vid olika temperaturer, från 25 °C till 500 °C för Ni/Al-kontakterna, och Cokontakterna mättes i intervallet 25-300 °C. Ni/Al-kontakterna på p-typ (>1 · 1019 cm-3) gav den specifika kontaktresistiviteten 5.6 · 10−4  cm2 vid rumstemperatur (25 °C), och Co-kontakterna på n-typ (1 · 1019 cm-3) gav 3.6 · 10−4  cm2. === In questa tesi vengono presentati due nuovi processi di fabbricazione per la realizzazione di contatti auto-allineati al Ni/Al e Co su carburo di silicio (4H-SiC). Degli stessi viene inoltre effettuata la caratterizzazione tramite il metodo TLM (transfer lenght method). Data la mancanza di studi precedenti sulla formazione di siliciuro di cobalto su 4H-SiC, l’analisi della reazione all’ interfaccia tra Co e 4H-SiC insieme allo studio delle temperature di annealing costituiscono parte fondamentale di questo lavoro. A questo riguardo è stata eseguita un’analisi XRD che ha permesso di ricavare la dipendenza della reazione dal tempo e al variare della temperatura. La realizzazione dei contatti viene eseguita tramite rapid thermal processing (RTP) in due fasi: la prima (first step annealing, FSA) è necessaria per la formazione della prima fase del siliciuro mentre la seconda (second step annealing, SSA) serve a stabilire le caratteristiche di bassa resistenza al contatto. Nel caso dei contatti Ni/Al entrambi gli step sono eseguiti a 600 °C mentre nel caso del cobalto è stato ricavato che 800 °C e 1000 °C costituiscono una buona scelta per il primo e il secondo step rispettivamente. Sono stati ricavati i valori di sheet resistance e resistività specifica di contatto (rC) per entrambi i processi. La caratterizzazione è effettuata a temperature differenti: nel caso dei contatti Ni/Al essa è stata eseguita nel range di temperature che va da 25 °C a 500 °C; per i contatti al Co la caratterizzazione è stata effettuata per temperature comprese tra 25 °C e 300 °C. A 25 °C è stata ricavata una rC  di 5.6 · 10−4 cm2 per i contatti Ni/Al con substrato p (> 1 · 1019 cm-3) mentre un valore di rC uguale a 3.6 · 10−4  cm2 è stato estratto per i contatti al cobalto con substrato n (1 · 1019 cm-3).