Способ определения толщин слоев и gaas и ga1-xalxas в многослойных гетероструктурах

 

Изобретение относится к полупроводниковой технике, в частности к процессам контроля при производстве многослойных гетероструктур. Целью изобретения является повышение точности определения толщин в слоях GaAs и Ga_xAl_1-xAs, где x ≥ 0,1. В данном способе обработку слоя GaAs проводят в травителе при следующем количественном содержании ингредиентов, об.ч.: аммиак водный 1; перекись водорода 350 - 500. Затем проводят локальную обработку слоя Ga_1-xAl_xAs в концентрированной плавиковой кислоте. Обработки проводят при комнатной температуре в течение (1,05-1,10)τ, где τ- время удаления слоя. Способ прост в реализации, высокая точность способа позволяет измерять толщины не только субмикронных слоев, но и сверхтонких. При этом уменьшаются ограничения по предельному содержанию алюминия вне зависимости от ориентации используемой подложки. 1 табл.

Изобретение относится к полупроводниковой технике, в частности к контрольно-измерительным процессам при производстве многослойных гетероструктур. Цель изобретения повышение точности определения толщин и расширение классов используемых структур. Предлагаемый способ используют для контроля толщин слоев гетероструктур, полученных методами молекулярно-лучевой эпитаксии и газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений. Гетероструктуры представляют собой последовательно выращенные на полуизолирующей подложке арсенида галлия ориентации (100) 3^о [110] слой Ga_1-хAl_хAs, затем слой GaAs. Слой GaAs частично закрывают химостойким лаком (ХСЛ), высушивают, затем обрабатывают в аммиачно-перекисном растворе при заданных значениях VН₂O₂/VNH₄OН. Затем структуру промывают деионизованной водой, высушивают и пленку ХСЛ снимают. На открытую после стравливания слоя GaAs поверхность следующего слоя Ga_1-хAl_хAs наносят ХСЛ, высушивают и обрабатывают в концентрированной плавиковой кислоте, затем промывают деионизованной водой и высушивают. Обработку слоев GaАs и Ga_1-хAl_хАs проводят при комнатной температуре. Скорость травления слоев Ga_1-хAl_хAs, где х 0,1, в концентрированной плавиковой кислоте составляет 0,05 мкм/мин. С увеличением значения х скорость травления твердого раствора увеличивается. В проведенных экспериментах время обработки составляет (1,05-1,1) τ, где τ время удаления, сверхтонких слоев GaAs и Ga_1-хAl_хAs (НЕМТ структуры) толщиной 1000A, а также субмикронных слоев толщиной 0,31 мкм. Замер толщины образовавшихся ступенек производят интерференционным методом на установке "Измерительный комплекс для контроля микрорельефа полупроводниковых структур". Результаты измерений толщин слоев GaAs и Ga_1-хAl_хAs в зависимости от отношения VH₂O₂/VNH₄OН приведены в таблице. Из данных таблицы следует, что использование предлагаемого способа увеличивает точность измерений и их воспроизводимость. В известном способе погрешность измерений составляет ≈15-20% (см. пpимеpы 12-18). Загрязнение продуктами реакции поверхности отрицательно сказывается на точности измерений толщин, хотя при этом скорость травления Ga_1-хAl_хAs равна 0 (см.примеры 15-18). Погрешность измерения толщин по предлагаемому способу при VH₂O₂/VNH₄OН 350-500 составляет ≈ 5-8% и практически не превышает аппаратурную погрешность установки, на которой производят измерения (см. примеры 1-11). Морфология поверхности после травления при этом зеркально-гладкая. Слой твердого раствора Ga_1-xAl_хAs, где х < 0,1, не удаляется при обработке в концентрированной плавиковой кислоте (см.пример 11). При содержании H₂O₂ в растворе более 500 об.ч. процесс обработки становится нетехнологичным из-за низкой скорости травления (см. пример 19). Использование в предлагаемом способе селективного травления для слоя GaAs, состоящего из 1 об. ч. NH₄OН и 350-500 об.ч. H₂O₂, который не травит твердый раствор Ga_1-хAl_хAs и не оставляет продуктов реакции на поверхности Ga_1-хAl_хAs, обеспечивает высокую точность измерений толщины слоя GaAs, а увеличение точности измерений позволяет применять способ не только для измерений субмикронных слоев, но и для измерений сверхтонких слоев толщиной 100-1000А, что расширяет область применения способа. В качестве селективного травления для удаления слоя Ga_1-хA_lхAs используется концентрированная плавиковая кислота. Плавиковая кислота не взаимодействует при комнатной температуре с арсенидом галлия вне зависимости от ориентации его поверхности, позволяет удалять слой Ga_1-хAl_хAs, где х ≥0,1, т.е. позволяет селективно удалять слои Ga_1-хA_lхAs, выращенные на арсениде галлия, с широким диапазоном содержания алюминия в твердом растворе Ga_1-хAl_хAs. Применяемая в известном способе концентрированная соляная кислота удаляет слои Ga_1-хAl_хAs только при х ≥0,42 при нагревании кислоты до кипения, кроме того, концентрированная соляная кислота взаимодействует с арсенидом галлия, поверхность которого имеет ориентацию [klh] B, т.е. для этих плоскостей арсенида галлия соляная кислота не может использоваться в качестве селективной для определения толщин слоев GaAs Ca_1-хAl_хAs в многослойных гетероструктурах. Таким образом, использование концентрированной плавиковой кислоты в предлагаемом способе (удаление Ga_1-хAl_хAs при х≥0,1, cелективный характер травления Ga_1-хAl_хAs относительно GaAs вне зависимости от ориентации плоскости поверхности GaAs) позволяет существенно расширить область применения способа. Обработка слоя GaAs при комнатной температуре в предлагаемом способе упрощает способ по сравнению с известным способом. Данные, приведенные в таблице, свидетельствуют, что предлагаемый способ позволяет измерять как толщины сверхтонких слоев (см. примеры 1, 2, 3, 7, 8), так и субмикронных (см. примеры 4, 5, 6, 9 и 10) с высокой точностью, а также в широком диапазоне содержания алюминия в твердом растворе. Способ прост в реализации, измерения толщин являются экспрессными. Изобретение позволяет оптимизировать процессы изготовления многослойных гетероструктур, а следовательно, улучшить параметры приборных разработок на основе данных гетероструктур.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОЛЩИН СЛОЕВ GaAs И Ga_1-xAl_xAs В МНОГОСЛОЙНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУРАХ, включающий локальную обработку слоя GaAs в травителе на основе концентрированной перекиси водорода и концентрированного водного раствора аммиака при комнатной температуре и локальную обработку слоя Ga_1-xAl_xAs в концентрированном водном растворе галогеноводорода, замер толщины образовавшихся ступенек интерференционным методом, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения толщины в слоях GaAs и Ga_1-xAl_xAs, где x ≥ 0,1, локальную обработку слоя GaAs проводят в травителе при следующем количественном соотношении ингредиентов, об.ч.: NH₄OH - 1 H₂O₂ - 350 - 500 после чего формируют защитную маску на поверхности слоя Ga_1-xAl_xAs, а локальную обработку слоя Ga_1-xAl_xAs проводят в концентрированной плавиковой кислоте при комнатной температуре, при этом время обработки выбирают в пределах (1,05-1,1)τ, где τ - время удаления слоя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2