Способ предэпитаксиальной очистки пластин арсенида галлия

 

Изобретение относится к полупроводниковой технологии и может быть использовано в процессах молекулярно-лучевой эпитаксии. Цель изобретения - повышение качеств поверхности пластин арсенида галлия за счет снижения уровня углеродных загрязнений. В данном способе проводят обработку в травителе, содержащем, мас.ч.: водный аммиак (25%)-1; перекись водорода (30%) 1,5 - 2,18; вода 5,45 - 1,09. Для улучшения качества очистки в него дополнительно вводят хлористый натрий в количестве 0,0218 - 0,0981 мас.ч. Обработку ведут 15 - 20 мин. После чего промывают в деионизованной воде, травят в концентрированном водном аммиаке, повторяют промывку и сушат. Уровень углеродных загрязнений на поверхности не превышает 3,0 ат.%.

Изобретение относится к полупроводниковому материаловедению, а именно к получению пластин арсенида галлия без углеродосодержащих загрязнений поверхности. Целью изобретения является улучшение качеств поверхности пластин за счет снижения загрязнения углеродом. Пример. Обработка по способу подвергает пластины арсенида галлия АГ4П-(1-6), имеющие ориентацию (100). После химико-механической полировки исходный уровень углеводных загрязнений составляет 10 12% Пластины обрабатывают при комнатной температуре в аммиачно-перекисном травителе, содержащем хлористый натрий. Для приготовления травящего раствора используют концентрированный водный раствор аммиака марки ОСЧ (25%) и концентрированную (≈ 30%) перекись водорода марки ОСЧ, деионизованную воду, химически чистый хлористый натрий. Изменение скоростей травления достигается путем разбавления водой травителя. При содержании перекиси водорода, равное 1,5 об.ч. скорость 2 мкм/мин достигается добавлением в раствор 8 об.ч. воды. При содержании перекиси водорода 2 об.ч. скорость травления 4 мкм/мин достигалась добавлением воды (7 об.ч.). Добавление хлористого натрия в пределах 0,0218 - 0,0981 мас. ч. не изменяет скорость травления пластин арсенида галлия. После обработки в травителе пластины промывают проточной деионизованной водой в течение не менее 10 мин. Для однородного удаления оксидного слоя (толщиной 15 20, концентрация кислорода ≈ 15 ат.) на поверхности арсенида галлия после промывки в деионизованной воде пластины в течение не менее 3 мин промывают в концентрированном водном растворе аммиака. Затем пластины промывают в проточной деионизованной воде в течение не менее 10 мин и сушат в потоке инертного газа (аргон, азот) до полного удаления воды. Состав приповерхностного слоя определяют методом электронной оже-спектроскопии. Время экспозиции на воздухе пластин арсенида галлия после обработки и до загрузки в рабочую камеру установки оже-спектроскопии составляет 5 12 мин. Расчет концентрации элементов в приповерхностном слое осуществляется с помощью метода элементных чувствительностей, имеющего точность 10 20% С учетом того, что измерения проводят на однотипных объектах в идентичных условиях реальная ошибка в определении состава образцов относительно друг друга определяется аппаратурной ошибкой и составляет 10% Концентрация кислорода на поверхности после обработки не превышает 5,5% Данный способ снижает уровень загрязнения углеродом до 2,5 3 ат. при зеркально-гладкой поверхности. Способ-прототип обеспечивает высокий уровень углеродных загрязнений (3,9 4,2%). Поставленная цель достигается действием совокупности признаков связанных между собой. Содержание перекиси водорода в 1,5 2 раза превышает содержание NH₄OH. При этом увеличивается количество связей типа C-O на поверхности и увеличивается вероятность перехода углерода в виде соединения на основе (NH₄)₂CO₃ и Na₂CO₃ в раствор при наличии хлористого натрия. В конкурирующих процессах отвод углерода через образование связи типа C-O в раствор и адсорбция углерода на атомы полупроводника с образованием связей C-Ga и C-AS с закреплением атомов углерода на поверхности, доминирующим является отвод углерода в раствор в виде комплексных соединений на основе (NH₄)₂CO₃ и Na₂CO₃. При содержании перекиси водорода менее 1,5 об.ч. уровень загрязнения углеродом увеличивается из-за снижения вероятности образования связи типа C-O на поверхности. При содержании перекиси водорода более 2 об.ч. (NH₄OH:H₂O₂ 1:n, где n<2) характер зависимости скорости травления от содержания перекиси водорода меняется, скорость травления уменьшается с увеличением содержания H₂O₂ (V_{тр.макс} 13,6 мкм/мин), при этом разбавление водой снижает скорость травления в меньшей степени, чем при содержании H₂O₂, равное 1,5 2 об.ч. Содержание перекиси водорода выше 2 об.ч. увеличивает степень загрязнения углеродом из-за уменьшения относительного содержания NH₄OH, их количество становится недостаточным для полного удаления углерода и, кроме того, вызывает следующие нежелательные эффекты: увеличивается скорость травления, что приводит к нерациональному расходу материала пластин при времени травления 15 20 мин. Уменьшение времени обработки не приводит к получению минимального уровня загрязнения. Высокие скорости травления не обеспечивают равномерный съем материала по площади подложки; ухудшается морфология пластин за счет выявления дефектов подложки в результате их более интенсивного окисления; возможное снижение скорости травления до диапазона 2 4 мкм путем увеличения разбавления водой снижает концентрацию перекиси водорода в еще большей степени NH₄OH, что в общей сложности резко снижает вероятность перехода углерода в раствор. Скорость травления при содержании H₂O₂ 1,5 2 об.ч. (1,5-2,18 мас.ч.) увеличивается при увеличении H₂O₂ и снижается увеличением содержания воды. При содержании воды более 8 об.ч. в силу указанных причин начинает преобладать процесс абсорбции углерода на поверхность арсенида галлия и увеличивается степень загрязнения углеродом: ухудшается морфология поверхности пластин за счет более интенсивного окисления дефектов пластины; нерационально расходуется материал пластин за указанный диапазон времени травления, а также ухудшается воспроизводимость съем материала по площади подложки, а при уменьшении времени травления оно становится недостаточным для более полного удаления углерода с поверхности и перехода его в раствор. Уровень загрязненя углеродом зависит от времени обработки. Обработка менее 15 мин, недостаточна для достижения практически постоянного и минимального уровня загрязнения углеродом. При обработке более 15 мин, и реализации других признаков он достигает практически постоянного значения. Увеличение времени обработки не приводит к усилению положительного эффекта, а приводит к нерациональному расходу материала полупроводника. Верхний предел 20 мин выбран из условия полного и гарантированного удаления нарушенного слоя после химико-механической обработки по всей партии обрабатываемых пластин, содержание хлористого натрия менее 20 г на литр (0,0218 мас. ч.) травителя не уменьшает содержание углерода на поверхности, содержание хлористого натрия в травителе выше 90 г на литр (0,0981 мас.ч.) в травителе приводит к загрязнению поверхности натрием и, следовательно, к ухудшению качества поверхности. Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа по сравнению со способом-прототипом заключается в значительном улучшении качества поверхности пластин арсенида галлия за счет снижения уровня загрязнения поверхности углеродом при сохранении зеркально-гладкой бездефектной морфологии поверхности. Способ найдет широкое применение в технологическом цикле получения пластин арсенида галлия, а также в процессах предэпитаксиальной обработки пластин арсенида галлия.

Формула изобретения

Способ предэпитаксиальной очистки пластин арсенида галлия, включающий обработку в травителе, содержащем перекись водорода и воду, промывку в деионизованной воде, промывку в концентрированном водном аммиаке, повторную промывку в деионизованной воде и сушку, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества поверхности пластин за счет снижения уровня загрязнения углеродом, обработку проводят в травителе, дополнительно содержащем хлористый натрий и водный аммиак, при следующем количественном соотношении ингредиентов, мас.ч. Водный аммиак (25%) 1 Перекись водорода (30%) 1,5 2,18
Вода 1,09 5,45
Соль щелочного металла 0,0218 0,0981
при этом обработку проводят в течение 15 20 мин.