Получение пленок нитрида кремния для формирования диэлектрических и пассивирующих слоев в высоковольтных GaN-транзисторах

Авторы

  • Сергей Александрович Демидович «Интеграл» – управляющая компания холдинга «Интеграл», ул. Казинца, 121а, 220108, г. Минск, Беларусь
  • Андрей Дмитриевич Юник «Интеграл» – управляющая компания холдинга «Интеграл», ул. Казинца, 121а, 220108, г. Минск, Беларусь
  • Сергей Владимирович Козодоев «Интеграл» – управляющая компания холдинга «Интеграл», ул. Казинца, 121а, 220108, г. Минск, Беларусь
  • Наталья Станиславовна Ковальчук «Интеграл» – управляющая компания холдинга «Интеграл», ул. Казинца, 121а, 220108, г. Минск, Беларусь
  • Александра Георгиевна Демидович Научно-технический центр «ЛЭМТ» БелОМО, ул. Макаенка, 23, к. 1, 220114, г. Минск, Беларусь

Ключевые слова:

нитрид кремния, GaN-транзистор, диэлектрическая прочность, ICP-CVD

Аннотация

Разработка высоконадежных пассивирующих покрытий, подавляющих поверхностные токи утечки, является ключевой задачей современных транзисторов на основе нитрида галлия (GaN). Описывается всестороннее исследование свойств пленок нитрида кремния (SiNx), синтезированных методом индуктивно связанного плазмохимического осаждения из газовой фазы (ICP-CVD) в уникальном режиме повышенного давления. Показывается, что варьирование ключевых параметров процесса осаждения позволяет эффективно управлять функциональными характеристиками пленок, такими как показатель преломления, уровень остаточных механических напряжений и диэлектрическая прочность. Наиболее значимым результатом является достижение рекордно высокого пробивного напряжения (> 900 В) в пленках, осажденных в оптимальном режиме и характеризующихся минимальными внутренними напряжениями, что критически важно для предотвращения деформации пластины и деградации элементов. Полученные данные открывают возможность целенаправленного синтеза диэлектрических пленок SiNx для интеграции в качестве высокоэффективных пассивирующих и защитных слоев в GaN-приборах, внося существенный вклад в повышение их надежности.

Биографии авторов

  • Сергей Александрович Демидович, «Интеграл» – управляющая компания холдинга «Интеграл», ул. Казинца, 121а, 220108, г. Минск, Беларусь

    leading engineer at the branch laboratory of new technologies and materials

  • Андрей Дмитриевич Юник, «Интеграл» – управляющая компания холдинга «Интеграл», ул. Казинца, 121а, 220108, г. Минск, Беларусь

    ведущий инженер отраслевой лаборатории новых технологий и материалов

  • Сергей Владимирович Козодоев, «Интеграл» – управляющая компания холдинга «Интеграл», ул. Казинца, 121а, 220108, г. Минск, Беларусь

    ведущий инженер отраслевой лаборатории новых технологий и материалов

  • Наталья Станиславовна Ковальчук, «Интеграл» – управляющая компания холдинга «Интеграл», ул. Казинца, 121а, 220108, г. Минск, Беларусь

    кандидат технических наук, доцент; заместитель генерального директора, главный инженер

  • Александра Георгиевна Демидович, Научно-технический центр «ЛЭМТ» БелОМО, ул. Макаенка, 23, к. 1, 220114, г. Минск, Беларусь

    начальник отдела управления качеством

Библиографические ссылки

  1. Zhang X, Wei X, Zhang P, Zhang H, Zhang L, Deng X, et al. Low threshold voltage shift in AlGaN/GaN MIS-HEMTs on Si substrate using SiNx/SiON as composite gate dielectric. Electronics. 2022;11(6):895. DOI: 10.3390/electronics11060895.
  2. Fu H, Fu K, Yang C, Liu H, Hatch KA, Peri P, et al. Selective area regrowth and doping for vertical gallium nitride power devices: materials challenges and recent progress. Materials Today. 2021;49:296 –323. DOI: 10.1016/j.mattod.2021.04.011.
  3. Amano H, Baines Y, Beam E, Borga M, Bouchet T, Chalker PR, et al. The 2018 GaN power electronics roadmap. Journal of Physics D: Applied Physics. 2018;51(16):163001. DOI: 10.1088/1361-6463/aaaf9d.
  4. Chen KJ, Häberlen O, Lidow A, Tsai CL, Ueda T, Uenoto Y, et al. GaN-on-Si power technology: devices and applications. IEEE Transactions on Electron Devices. 2017;64(3):779 –795. DOI: 10.1109/TED.2017.2657579.
  5. Moser M, Pradhan M, Alomari M, Heuken M, Schmitt Th, Kallfass I, et al. PECVD SiNx passivation with more than 8 MV/cm breakdown strength for GaN-on-Si wafer stress management. Power Electronic Devices and Components. 2023;4:100032. DOI: 10.1016/j.pedc.2022.100032.
  6. Arulkumaran S, Egawa T, Ishikawa H, Jimbo T, Sano Y. Surface passivation effects on AlGaN/GaN high-electron-mobility transistors with SiO2, Si3N4, and silicon oxynitride. Applied Physics Letters. 2004;84(4):613– 615. DOI: 10.1063/1.1642276.
  7. Oh S, Jang H-S, Choi C-J, Cho J. Effects of surface passivation dielectrics on carrier transport in AlGaN/GaN heterostructure field-effect transistors. AIP Advances. 2018;8(4):045116. DOI: 10.1063/1.5027634.
  8. Chevtchenko SA, Reshchikov MA, Fan Q, Ni X, Moon YT, Baski AA, et al. Study of SiNx and SiO2 passivation of GaN surfaces. Journal of Applied Physics. 2007;101(11):113709. DOI: 10.1063/1.2740324.
  9. Zhang Z, Li W, Fu K, Yu G, Zhang X, Zhao Y. AlGaN/GaN MIS-HEMTs of very-low Vth hysteresis and current collapse with in situ pre-deposition plasma nitridation and LPCVD-Si3N4 gate insulator. IEEE Electron Device Letters. 2017;38(2):236 –239. DOI: 10.1109/LED.2016.2636136.
  10. Sun Z, Huang H, Wang R, Sun N, Tao P, Ren Y, et al. Improving performances of enhancement-mode AlGaN/GaN MIS-HEMTs on 6-inch Si substrate utilizing SiON/Al2O3 stack dielectrics. IEEE Electron Device Letters. 2020;41(1):135–138. DOI: 10.1109/LED.2019.2957376.
  11. Kim H-S, Han S-W, Jang W-H, Cho C-H, Seo K-S, Oh J, et al. Normally-off GaN-on-Si MISFET using PECVD SiON gate dielectric. IEEE Electron Device Letters. 2017;38(8):1090 –1093. DOI: 10.1109/LED.2017.2720719.
  12. Dutta G, DasGupta N, DasGupta A. Effect of sputtered-Al2O3 layer thickness on the threshold voltage of III-nitride MIS‑HEMTs. IEEE Transactions on Electron Devices. 2016;63(4):1450 –1458. DOI: 10.1109/TED.2016.2529428.
  13. Zhang Z, Yu G, Zhang X, Deng X, Li S, Fan Y, et al. Studies on high-voltage GaN-on-Si MIS-HEMTs using LPCVD Si3N4 as gate dielectric and passivation layer. IEEE Transactions on Electron Devices. 2016;63(2):731–738. DOI: 10.1109/TED.2015.2510445.
  14. Rzin M, Guillet B, Mechin L, Gamarra P, Lacam C, Medjdoub F, et al. Impact of the in situ SiN thickness on low-frequency noise in MOVPE InAlGaN/GaN HEMTs. IEEE Transactions on Electron Devices. 2019;66(12):5080 –5083. DOI: 10.1109/TED.2019.2945296.
  15. Frischmuth T, Schneider M, Maurer D, Grille Th, Schmid U. Inductively-coupled plasma-enhanced chemical vapour deposition of hydrogenated amorphous silicon carbide thin films for MEMS. Sensors and Actuators A: Physical. 2016;247:647– 655. DOI: 10.1016/j.sna.2016.05.042.
  16. Li C, Li M, Shi J, Huang H, Li Z. Evaluation and characterization of high-uniformity SiNx thin film with controllable refractive index by home-made cat-CVD based on orthogonal experiments. Molecules. 2025;30(5):1091. DOI: 10.3390/molecules30051091.
  17. Демидович СА, Юник АД. Особенности нанесения пленок SiNx методом ICP-CVD области повышенного давления. В: Лихачевский ДВ, редактор. Электронные системы и технологии. Материалы 60-й научной конференции аспирантов, магистрантов и студентов БГУИР; 22–26 апреля 2024 г.; Минск, Беларусь. Минск: Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники; 2024. с. 254 –257.
  18. Tan DTH, Ooi KJA, Ng DKT. Nonlinear optics on silicon-rich nitride – a high nonlinear figure of merit CMOS platform [invited]. Photonics Research. 2018;6(5):50 – 66. DOI: 10.1364/prj.6.000b50.
  19. Sinha AK, Hess DW. Residual stress in plasma‐deposited silicon nitride films. Applied Physics Letters. 1982;41(11):1047–1049. DOI: 10.1063/1.93385.
  20. Abadias G, Chason E, Keckes J, Sebastiani M, Thompson GB, Barthel E, et al. Review article: stress in thin films and coatings: current status, challenges, and prospects. Journal of Vacuum Science & Technology A. 2018;36(2):020801.
  21. Bersuker G, Vandelli L. Challenges and directions for the electrical reliability of advanced CMOS technologies. Microelectronic Engineering. 2013;109:197–201.
  22. Shama MS, Alharthi AS, Almulhim FA, Gemeay AM, Meraou MA, Mustafa MS, et al. Modified generalized Weibull distribution: theory and applications. Scientific Reports. 2023;13:12828. DOI: 10.1038/s41598-023-38942-9.

Загрузки

Дополнительные файлы

Опубликован

2026-03-30

Выпуск

№ 1 (2026): Журнал Белорусского государственного университета. Физика

Раздел

Физика конденсированного состояния

Лицензия

Copyright (c) 2026 Журнал Белорусского государственного университета. Физика

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).

Как цитировать

(1)
Демидович, С. А.; Юник, А. Д.; Козодоев, С. В.; Ковальчук, Н. С.; Демидович, А. Г. Получение пленок нитрида кремния для формирования диэлектрических и пассивирующих слоев в высоковольтных GaN-транзисторах. Журнал Белорусского государственного университета. Физика 2026, вып. 1, 44-52. https://doi.org/10.33581/2520-2243-2026-1-%p.
Crossref
Scopus
Google Scholar
Europe PMC