Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-545
Main Title: Elektrische und strukturelle Eigenschaften gebondeter Halbleiterstrukturen
Translated Title: Electrical and structural properties of bonded semiconductor structures
Author(s): Reznicek, Alexander
Advisor(s): Gösele, Ulrich
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: In der vorliegenden Arbeit wurden die Eigenschaften von UHV-gebondeten Silizium-Silizium- und Silizium-Metall-Grenzflächen untersucht. Ziel der Arbeit war neben dem physikalischen Verständnis der Vorgänge an der gebondeten Grenzfläche die Lösung der u.a. von der Industrie vorgegebenen ingenieurtechnischen Probleme. Gebondete Siliziumwafer weisen je nach Bondprozedur unterschiedliche Grenzflächen und Eigenschaften auf. UHV-gebondete Waferpaare bilden beim Bonden bei Raumtemperatur kovalente Bindungen quer über die Grenzfläche. An der Grenzfläche herrschen nanoskopische Fehlpassungen. Tempern der Waferpaare bewirkt eine Umordnung und Diffusion an der Grenzfläche. Bei Temperaturen über 800°C findet die Ausbildung von Versetzungsnetz-werken statt. An hydrophob gebondeten Waferpaaren werden nanoskopische Hohlräume an der Grenzfläche beobachtet, die je nach Ausheiztemperatur ihre Form verändern. Nach dem Tempern bei 1000°C sind diese nanoskopischen Hohlräume oktaedrisch begrenzt. Bei höheren Temperaturen lagern sich in den nanoskopischen Hohlräumen Siliziumoxidaus-scheidungen ab. Auch hydrophil gebondete Wafer weisen an der Grenzfläche nanoskopische Hohlräume auf. Bei gebondeten Waferpaaren bilden sich an der Grenzfläche elektrisch aktive Störstellen-zustände. Diese Zustände bewirken die Ausbildung einer Raumladungszone und einer Potentialbarriere, die den Stromfluß behindert. Die Zustandsdichte an der Grenzfläche ist in der Nähe der Bandmitte kontinuierlich. Die Störstellenzustände resultieren aus Kristall-defekten des Siliziums und von Verunreinigungen an der Grenzfläche. Bei niedrig dotierten Waferpaaren fließen nur geringe Stromdichten, während bei hochdotierten Waferpaaren Stromdichten von 70 A/cm2 und mehr beobachtet werden. Bei pn-Dioden beeinflussen die Störstellenzustände die elektrischen Eigenschaften massiv. Sie wirken als Generations- bzw. Rekombinationszentren und erzeugen einen hohen Leckstrom bzw. vermindern den Durchlaßstrom. An den Grenzflächen hydrophob gebondeter und getemperter Waferpaare wird eine Borverunreinigung gefunden, die sich je nach Dotierung auf die Leitfähigkeit der Grenzfläche auswirkt; demzufolge beobachtet man unterschiedliche Stromdichten. Auch beim hydrophilen und hydrophoben Bonden von hochdotierten Wafern wird eine Stromdichte über 70 A/cm2 beobachtet. An schwach dotierten hydrophilen Waferpaaren werden nach dem Tempern bei 950°C-1100°C geringe Stromdichten gemessen. Hier haben sich an der Silizium-Siliziumoxid-Grenzfläche wieder Störstellen gebildet. Bei Verwendung von hochdotierten Wafern tunneln die Ladungsträger durch das Siliziumoxid, und es werden Stromdichten über 70 A/cm2 beobachtet. Bei allen verwendeten Bondmethoden zeigt sich: Bei gleichen Dotierungen leiten pp-Übergänge besser als nn-Übergänge. Durch das UHV-Bonden lassen sich auch Silizium-Metall-Übergänge herstellen. Beim Bedampfen mit einem ferromagnetischen Metall kommt es, wie auch beim UHV-Bonden, zu einer Reaktion an der Grenzfläche zwischen Metall und Silizium. Die entstehende Reaktions-schicht ist beim UHV-Bonden jedoch dünner als beim Bedampfen. Die elektrischen Eigenschaften der beim UHV-Bonden entstandenen Schottkydiode sind, verglichen mit den gewachsenen Schichten, schlecht. Die Grenzfläche weist viele Defekte auf, die den Leckstrom lokal erhöhen. Die Reaktion beim Bedampfen und beim Bonden kann durch eine Zwischenschicht aus Siliziumoxid vermindert werden. Metall-Metall-Bonden wurde auch bei der Herstellung eines Spin-Valve-Transistors angewandt. Durch das UHV-Bonden von spinselektiven Metallschichtstrukturen wurde ein spinselektives Bauelement hergestellt. Seine Funktionsweise basiert auf der Injektion von heißen Elektronen in eine spinselektive Basis. Je nach Spinorientierung und Magnetisierung der ferromagnetischen Schichten werden die Elektronen spinselektiv gefiltert. Die hergestellten Spin-Valve-Transistoren zeigen einen Magnetowiderstand größer als 100%.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-4479
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/842
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-545
Exam Date: 13-May-2002
Issue Date: 10-Jun-2002
Date Available: 10-Jun-2002
DDC Class: 530 Physik
Subject(s): Elektrische Eigenschaften
Spin-Valve-Transistor
Struktur
Wafer-Bonden
Electrical characterization
Semiconductor wafer bonding
Spin-valve transistor
Structure
Usage rights: Terms of German Copyright Law
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