Способ получения диэлектрического слоя на подложке из фосфида индия

 

Использование: микроэлектроника, получение диэлектрических покрытий на фосфиде индия. Сущность изобретения: для получения диэлектрического слоя на подложку из фосфида индия наносят пленку сульфида свинца толщиной 50 - 300 нм, затем формируют диэлектрическую пленку обработкой в потоке кислорода. Уменьшается плотность поверхностных состояний на границе раздела фосфид индия- диэлектрик. 1 табл.

Изобретение относится к способам получения диэлектрических покрытий на фосфиде индия и может быть использовано в процессе изготовления полупроводниковых приборов на основе этого полупроводникового материала.

Известен способ получения структуры фосфид индия/диэлектрик, в котором диэлектрическую оксидную пленку на фосфиде индия получали термическим окислением подложки [1].

В прототипе изобретения оксидную диэлектрическую пленку на фосфиде индия получают методом анодного окисления в электролите 3% H₃PO₄ в пропиленгликоле (1:2) при постоянном токе I=0,1-3 мА/см² и pH=2-12 [2].

Общим недостатком известных способов является невозможность достижения достаточно низких значений величины плотности поверхностных состояний (<4˙10¹⁰ эВ^-1˙см^-2 [2], что существенно снижает надежность работы приборов и интегральных схем, использующих МДП-структуры на основе InP) диэлектрик.

Целью изобретения является повышение качества структуры диэлектрик/фосфид индия за счет уменьшения плотности поверхностных состояний на границе раздела фосфид индия/диэлектрик.

Цель достигается тем, что пластины из фосфида галлия предварительно осаждают пленку сульфида свинца (PbS) толщиной 50-300 нм.

Процесс проводят следующим образом. Пластины InP обезжиривают: кипячение в толуоле 15 мин, кипячение в ацетоне 15 мин. Промывка в дистиллированной воде.

Травление в полирующем травителе 10-15 мин.

Промывка в дистиллированной воде.

Активация в растворе тиомочевины (0,5 м). Осаждение пленки PbS на подложки InP по известной методике [3].

Для исследования были получены слои PbS с толщиной 50-400 нм. Затем полученные структуры окисляют в потоке кислорода (40 л/ч) при температурах 450-650^оС. Выбор толщины осажденного слоя PbS основан на следующем. При толщине пленки PbS менее 50 нм не наблюдали быстрого роста результирующего оксида и существенного снижения величины плотности поверхностных состояний.

Толщины полученных оксидных слоев измеряли на эллипсометре ЛЭМ-2 (точность измерения ±1 нм).

Получаемая описанным способом структура InP/диэлектрик имеет плотность поверхностных состояний не более 1,2˙ 10¹⁰ эВ^-1˙см^-2, что в три-четыре раза меньше, чем в известных способах. Удельное сопротивление ≈2˙10¹⁴ Ом˙см, диэлектрическая проницаемость, определенная из вольт-фарадных характеристик, равна (f=1 мгГц), электрическая прочность исследуемой гетероструктуры равна 7,5x x10⁶ В/см.

В таблице представлены результаты исследования химической стойкости пленочного покрытия. Введены следующие обозначения: H - отсутствие травления, T - стравливание пленки за время обработки в травителе.

В источниках информации отсутствуют сведения о получении МДП-структуры на подложках из фосфида индия в условиях, аналогичным предложенным, что позволяет считать предложенный способ удовлетворяющим критерию "существенные отличия".

П р и м е р 1. В эксперименте использовали полированные пластины InP (ФИЭ-1<100>= 4˙10¹⁶ см^-3). После проведения операций по обезжириванию и травлению в полирующем травителе промывают в дистиллированной воде. Обрабатывают в концентрированной хромовой смеси до полной смачиваемости поверхности. Промывают в проточной дистиллированной воде. Проводят активацию поверхности раствором сульфида дизатора тиомочевины 0,5 м.

Осаждение пленки сульфида свинца проводят из раствора, содержащего, моль/л: C₄H₈O₆Pb 0,01 KOH 0,1 CH₄N₂S 0,1 Дистиллированная вода до 1 л в термостатированных условиях при комнатной температуре. На пластину InP осаждают пленку PbS 50 нм. Полученную структуру окисляют в потоке кислорода при t=450^оС в течение 30 мин. Образуется пленка толщиной 45 нм. Электрическая прочность 6˙10⁶В/см. Диэлектрическая проницаемость 5. Удельное сопротивление 2˙10¹⁴Ом˙см. Плотность поверхностных состояний 1,2˙10¹⁰ эВ^-1˙см^-2. Эффективный подвижный заряд ≈10^-7 Кл/см². Токи утечки при U=5˙10^-12 А/см².

П р и м е р 2. На пластину InP, обработанную как и в примере 1, осаждают пленку PbS толщиной 200 нм. Полученную структуру окисляют при t=450^оС в течение 90 мин. Образуется пленка толщиной 65 нм.

Электрическая прочность 8 ˙10⁶В/см Удельное сопро- тивление 3,5 ˙10¹⁴ В/см Плотность поверхностных состояний 1,1 ˙10¹⁰ эВ^-1˙см^-2 Эффективный подвижный заряд 3˙10^-8 Кл/см² Диэлектрическая проницаемость 5,2 Токи утечки 5 В 10^-12 А/см² П р и м е р 3. На пластину InP осаждают пленку PbS толщиной 100 нм. Полученную структуру окисляют при t=450^oC в течение 30 мин. Образуется пленка толщиной 55 нм.

Электрическая прочность 5˙10⁶ В/см Диэлектрическая проницаемость 5,1
Плотность по-
верхностных состояний 1,2˙10¹⁰ эВ^-1˙см^-2
Эффективный
подвижный заряд 10^-7 Кл/см²
Токи утечки при 5 В 2˙10^-12 А/см²
Удельное сопро- тивление 2,5˙10¹⁴ Ом˙см
П р и м е р 4. На пластину InP, обработанную как в примере 1, осаждают пленку PbS толщиной 40 нм. Полученную структуру окисляют в потоке кислорода при t=400^oC в течение 20 мин. Образуется пленка толщиной 30 нм.

Электрическая прочность 3˙10⁵ В/см
Удельное сопро- тивление 10⁴ Ом˙см
Токи утечки при U=5 В 10^-6 А/см²
П р и м е р 5. На пластину InP, обработанную как в примере 1, осаждают пленку толщиной 400 нм. Полученную структуру окисляют в потоке кислорода при t= 500^оС в течение 90 мин. В результате окисления образовалась непрозрачная, матовая, неоднородная по толщине, с визуально наблюдаемыми дефектами структуры, пленка.

Таким образом, при температуре 450^оС и времени окисления 30-90 мин структуры окисления PbS на InP (толщина PbS от 50 нм до 300 нм) обладают следующими свойствами:
Электрическая прочность 5-8 ˙10⁶ В/см
Диэлектрическая проницаемость 5-5,5
Плотность по-
верхностных состояний 1,8˙10^-10 эВ^-1˙см^-2
Эффективный
подвижный заряд 10^-7 Кл/см² Токи утечки при U=5 В 10^-12 А/см²
Удельное сопро- тивление 2-3˙10¹⁴ Ом ˙см
Нанесение сульфидной пленки перед окислением InP способствует, во-первых, более быстрому по времени формированию диэлектрического покрытия, по своим параметрам превосходящего чистый термический оксид, и, во-вторых, сульфидный слой выполняет функцию защитного, препятствуя испарению летучего компонента из подложки, что снижает дефектность границы раздела InP - оксид.

Температура 450^оС выбрана как оптимальная для достижения минимального значения плотности поверхностных состояний 1,1 ˙10¹⁰ эВ^-1˙см^-2. Окисление при температурах t<450 и t>450^оС не удается достичь. Плотности поверхностных состояний менее 4˙10¹¹ см^-2 ˙эВ^-1.

Полученные слои достаточно однородны по толщине и составу, обладают малой величиной пористости и характеризуются высокой воспроизводимостью электрофизических свойств.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СЛОЯ НА ПОДЛОЖКЕ ИЗ ФОСФИДА ИНДИЯ, включающий формирование диэлектрической пленки на подложке обработкой ее в потоке кислорода, отличающийся тем, что перед формированием диэлектической пленки на подложку из фосфида индия наносят пленку сульфида свинца толщиной 50 - 300 нм.

РИСУНКИ

Рисунок 1