Способ пассивации поверхности gaas



Способ пассивации поверхности gaas
Способ пассивации поверхности gaas

 


Владельцы патента RU 2402103:

Закрытое акционерное общество "Научно-производственная фирма Микран" (RU)

Изобретение относится к технологии арсенид-галлиевой микроэлектроники, в частности к методам электрической пассивации поверхности полупроводниковых соединений и твердых растворов групп АIIIBV, и может быть использовано для снижения плотности поверхностных состояний как на свободной поверхности полупроводника, так и на границе раздела металл-полупроводник и диэлектрик-полупроводник. Изобретение позволяет улучшить электрические параметры границы раздела металл-полупроводник и диэлектрик-полупроводник, сформированных на пассивированной поверхности GaAs. Сущность изобретения: способ пассивации поверхности GaAs включает химическую очистку поверхности пластины GaAs, окисление в растворе перекиси водорода Н2O2 в течение 1-10 мин, халькогенизацию в растворе (NH4)2S и удаление остатков раствора. Целесообразно также после химической очистки поверхности пластины GaAs и ее окисления проводить операции технологического маршрута изготовления полупроводникового прибора, а халькогенизацию пластины GaAs выполнять непосредственно перед осаждением тонких металлических пленок или тонкой диэлектрической пленки. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к технологии арсенид-галлиевой микроэлектроники, в частности к методам электрической пассивации поверхности полупроводниковых соединений и твердых растворов групп АIIIВV, и может быть использовано для снижения плотности поверхностных состояний как на свободной поверхности полупроводника, так и на границе раздела металл-полупроводник и диэлектрик-полупроводник.

Известен способ [Waldrop J.R. / Influence of S and Se on the Schottky-barrier height and interface chemistry of Au contacts to GaAs // J.Vac. Sci. Technol. 1985. №3. C.1197-1201], в котором пластина GaAs обрабатывается в свежеприготовленном растворе H2SO4:H2O2:H2O (4:1:1), в результате чего удаляется тонкий приповерхностный слой GaAs, а после окончания травления на поверхности остается тонкий (0,8-1 нм) слой собственного оксида GaAs. Затем пластина загружается в вакуумную камеру и после завершения цикла откачки с целью удаления оксидного слоя нагревается до температуры 550°C. После охлаждения до комнатной температуры пластина с целью электрической пассивации поверхности обрабатывается парами серы, выходящими из нагретой кварцевой ампулы, заполненной высокочистой серой. В результате такого воздействия происходит халькогенизация пластины GaAs и на ее поверхности формируется сверхтонкая пленка серы, имеющая с кристаллом GaAs связи типа Ga-S и As-S. Образование пленки приводит к уменьшению плотности поверхностных состояний, препятствует окислению поверхности GaAs и обеспечивает необходимое структурно-химическое сопряжение полупроводника с осаждаемой на халькогенизированную поверхность GaAs тонкой пленкой металла или диэлектрика.

Недостатком данного способа является сложность его включения в маршруты изготовления полупроводниковых приборов или МИС в связи с необходимостью использовать высокую температуру (550°C) для удаления слоя собственного оксида. Обычно температура пластины GaAs в типичных маршрутах изготовления приборов находится в диапазоне 20-80°C, а максимальная температура термообработки не превышает 460°C. Кроме этого операция халькогенизации поверхности пластины GaAs серой, находящейся в газовой фазе, нетехнологична и приводит к серьезному загрязнению вакуумной камеры и вакуумной системы установки.

Известен способ, выбранный авторами за прототип [В.Н.Бессолов, Е.В.Коненкова, М.В.Лебедев / Пассивация GaAs в спиртовых растворах сульфида аммония // Физика и техника полупроводников, т.31, №11, 1997. С.1350-1356], включающий химическую очистку пластины GaAs в кислотном растворе HCl в течение 100 секунд при комнатной температуре и халькогенизацию поверхности пластины GaAs в 20% растворе (NH4)2S в течение 10-15 мин также при комнатной температуре. После этого остатки раствора удаляются с поверхности пластины.

К недостаткам способа следует отнести низкую воспроизводимость результата процесса халькогенизации от пластины к пластине (от процесса к процессу), что связано с невоспроизводимым физико-химическим состоянием поверхности пластины GaAs перед выполнением операции обработки в кислотном растворе, а также недостаточно низкую плотность поверхностных состояний, реализующуюся после завершения халькогенизации поверхности.

Основной технической задачей предложенного способа является преодоление указанных выше недостатков, а также улучшение электрических параметров границы раздела металл-полупроводник и диэлектрик-полупроводник, сформированных на пассивированной поверхности GaAs.

Основная техническая задача достигается тем, что в способе пассивации поверхности GaAs, включающем химическую очистку поверхности пластины GaAs, ее халькогенизацию в водном растворе (NH4)2S и удаление остатков раствора, согласно предложенному решению после химической очистки и перед халькогенизацией пластину GaAs подвергают окислению в растворе перекиси водорода H2O2 в течение 1-10 мин.

В частном случае после химической очистки поверхности пластины GaAs и ее окисления проводят операции технологического маршрута изготовления полупроводникового прибора, а халькогенизацию пластины GaAs выполняют непосредственно перед осаждением тонких металлических пленок, в том числе формирующих омический или барьерный контакт к GaAs.

В частном случае после химической очистки поверхности пластины GaAs и ее окисления проводят операции технологического маршрута изготовления полупроводникового прибора, а халькогенизацию пластины GaAs выполняют непосредственно перед осаждением тонкой диэлектрической пленки, в том числе капсулирующей поверхность GaAs.

В частном случае халькогенизацию поверхности пластины GaAs производят при комнатной или повышенной температуре, с активацией или без активации световым излучением.

Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявляемого способа, отсутствуют.

Результаты поиска известных решений в данной и в смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа заявляемого изобретения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники.

Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками изобретения преобразований на достижение указанного технического результата.

Следовательно, изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

На фиг.1 представлены относительные значения плотности поверхностных состояний для 10 халькогенизированных пластин GaAs, полученных по способу-прототипу, и 10 халькогенизированных пластин GaAs, полученных по предлагаемому способу, на фиг.2 - значения приведенного контактного сопротивления омических контактов к GaAs для пластин, полученных по способу-прототипу и предлагаемому способу.

Предлагаемый способ заключается в следующем. Пластина GaAs очищается от загрязнений и собственных окислов мышьяка и галлия в кислотном растворе HCl или H2SO4 и окисляется в растворе H2O2 в течение t=1-10 мин при комнатной температуре. Затем пластина GaAs подвергается халькогенизации в растворе (NH4)2S в течение t=1-20 мин при Т=20-80°C и сушится.

В тех случаях когда пассивация поверхности GaAs используется для улучшения параметров границы раздела GaAs/металл (омических или барьерных контактов) или GaAs/диэлектрик (капсулирующего покрытия), то сначала исходная пластина GaAs подвергается химической очистке, а затем окисляется в растворе H2O2. После этого пластина GaAs проходит все операции технологического маршрута в состоянии, когда ее поверхность защищена от воздействия технологических сред тонким слоем собственного оксида. Халькогенизацию пластины GaAs в растворе (NH4)2S выполняют непосредственно перед осаждением тонкой пленки металла или диэлектрика. После окончания халькогенизации и удаления остатков раствора пластина GaAs загружается в вакуумную камеру, где производится осаждение тонких металлических или диэлектрических пленок.

Окисление поверхности пластины GaAs в растворе H2O2 протекает по механизму самоостанавливающегося процесса (скорость роста пленки оксида резко уменьшается с течением времени окисления и увеличения толщины пленки) и поэтому позволяет сформировать тонкую, но однородную по толщине пленку оксида. Это приводит к выравниванию начальных условий на поверхности и увеличению воспроизводимости результата электрической пассивации. Кроме этого тонкий оксидный слой, защищающий поверхность, при прохождении пластиной технологического маршрута гарантирует получение воспроизводимого результата вне зависимости от вида воздействия на поверхность.

При халькогенизации в растворе (NH4)2S последовательно происходят удаление тонкой пленки собственного оксида GaAs и пассивация серой очищенной поверхности. При этом все загрязнения, присутствовавшие на поверхности, удаляются вместе с пленкой собственного оксида, что гарантирует высокую воспроизводимость результата процесса халькогенизации (величину снижения плотности поверхностных состояний).

Минимальная длительность выполнения операции окисления в растворе H2O2 (1 мин) определяется временем, необходимым для достижения пленкой оксида такой толщины, когда дальнейшее увеличение времени не приводит к существенному ее росту. Максимальная длительность (10 мин) определяется нецелесообразностью дальнейшего окисления вследствие прекращения роста пленки оксида.

ПРИМЕР 1

Данный пример демонстрирует технический результат, достигаемый по предлагаемому способу, а именно влияние пассивации поверхности GaAs, подготовленной по предлагаемому способу, на величину плотности поверхностных состояний Ns.

В экспериментах использовались ионно-легированные пластины n-i-GaAs с концентрацией электронов в слое толщиной 0,12 мкм, равной n=2×1017 см-3. На поверхности пластины GaAs производилась очистка поверхности от собственных окислов мышьяка и галлия в водном растворе H2SO4 (1:10) в течение 3 минут с последующей промывкой в деионизованной воде и сушкой в потоке азота. Затем пластина делилась на две части, одна из которых (образец I) подвергалась химическому окислению в 30% растворе перекиси водорода H2O2 в течение t=3 мин. Далее оба образца одновременно проходили технологические операции по формированию омических контактов на основе композиции AuGeNi с топологией, позволяющей проводить относительные измерения величины плотности поверхностных состояний NS. После измерения величины NS на обоих образцах образец II проходил предварительную подготовку поверхности согласно способу-прототипу. После чего оба образца подвергались халькогенизации в 20%-ном водном растворе (NH4)2S в течение t=5 мин при комнатной температуре и удалению остатков раствора. Далее производились измерения величины плотности поверхностных состояний. Величины измерялись на 10 тестах, а затем усреднялись. Данный эксперимент повторялся 10 раз для получения результатов по воспроизводимости.

Из результатов, представленных фиг.1, видно, что заявляемый способ позволяет уменьшить значение плотности поверхностных состояний на 10-20% относительно исходного значения и существенно увеличить воспроизводимость результата процессов халькогенизации.

ПРИМЕР 2

Пример демонстрирует технический результат, достигаемый по предлагаемому способу, при изготовлении омических контактов к GaAs. В эксперименте использовалась ионно-легированная пластина n-i-GaAs с концентрацией электронов в слое толщиной 0,12 мкм, равной n=2×1017 см-3.

На поверхности пластины GaAs производилась очистка поверхности от собственных окислов мышьяка и галлия в водном растворе H2SO4 (1:10) в течение 3 минут с последующей промывкой в деионизованной воде и сушкой в потоке азота. Затем пластина делилась на две части, одна из которых (образец I) подвергалась химическому окислению в 30% растворе перекиси водорода H2O2 в течение t=3 мин, а второй оставался без изменений. На поверхности обоих образцов формировалась двухслойная резистивная маска, в которой вскрывались окна в месте будущих омических контактов. Затем образец II проходил предварительную подготовку поверхности согласно способу-прототипу. После чего оба образца подвергалась халькогенизации в 20%-ном водном растворе (NH4)2S в течение t=5 мин при комнатной температуре с последующим удалением остатков раствора. Затем образцы загружались в вакуумную камеру. После чего на образцы методом термического испарения производилось осаждение металлизации омического контакта на основе композиции Ge/Au/Ni толщиной 0,2 мкм. Образцы извлекались из вакуумной камеры, и с помощью обратной фотолитографии формировалась топология контактов. Затем с целью формирования омических контактов образцы подвергались быстрой термической обработке при температуре Т=420°C в течение t=60 секунд.

Величины приведенного контактного сопротивления омических контактов измерялись методом линии передач на 10 тестах, а затем усреднялись.

Из результатов, представленных фиг.2, видно, что омические контакты, сформированные к пассивированной поверхности GaAs, предварительно подготовленной согласно заявляемому способу, обладают в 1,5 раза меньшим значением приведенного контактного сопротивления, чем омические контакты, сформированные на поверхности, подготовленной по способу-прототипу.

Таким образом, можно заключить, что халькогенидная обработка предварительно окисленной в перекиси водорода поверхности GaAs перед осаждением металлизации омических контактов приводит к улучшению их электрофизических параметров.

1. Способ пассивации поверхности GaAs, включающий химическую очистку поверхности пластины GaAs, ее халькогенизацию в растворе (NH4)2S и удаление остатков раствора, отличающийся тем, что после химической очистки и перед халькогенизацией пластину GaAs подвергают окислению в растворе перекиси водорода H2O2 в течение 1-10 мин.

2. Способ пассивации поверхности GaAs по п.1, отличающийся тем, что после химической очистки поверхности пластины GaAs и ее окисления проводят операции технологического маршрута изготовления полупроводникового прибора, а халькогенизацию пластины GaAs выполняют непосредственно перед осаждением тонких металлических пленок, в том числе формирующих омический или барьерный контакт к GaAs.

3. Способ пассивации поверхности GaAs по п.1, отличающийся тем, что после химической очистки поверхности пластины GaAs и ее окисления проводят операции технологического маршрута изготовления полупроводникового прибора, а халькогенизацию пластины GaAs выполняют непосредственно перед осаждением тонкой диэлектрической пленки, в том числе капсулирующей поверхность GaAs.

4. Способ пассивации поверхности GaAs по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что халькогенизацию поверхности пластины GaAs производят при комнатной или повышенной температуре, с активацией или без активации световым излучением.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области нанотехнологий и может быть использовано для изготовления сенсорных датчиков, приборов контроля составов газовых смесей, оптических приборов, в оптоэлектронике, наноэлектронике.
Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых приборов, в частности к способам получения пленок, содержащих бор на поверхности полупроводниковых материалов.
Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых приборов, в частности к способам получения пленочных диэлектриков, для маскирования поверхности кремниевых пластин при проведении диффузионных процессов.
Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых приборов, в частности к способам получения защитных пленок. .
Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления пленок с пониженной дефектностью. .
Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых приборов, в частности к способам получения тонкопленочных конденсаторов. .

Изобретение относится к технологии осаждения диоксида кремния на подложке из раствора при низких температурах таким образом, чтобы получить гомогенный рост диоксида кремния.
Изобретение относится к области технологии полупроводниковых приборов. .
Изобретение относится к области металлооксидных полупроводниковых технологий. .

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов. .
Изобретение относится к технологии получения защитных пленок полупроводниковых приборов и интегральных схем

Изобретение относится к технологии выращивания оксидных слоев и может быть использовано при создании защитных либо пассивирующих покрытий на поверхности металла или полупроводника

Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых приборов и может быть использовано в производстве твердотельных газовых датчиков паров углеводородов
Изобретение относится к технологии изготовления мощных транзисторов, в частности к методам получения защитных пленок для формирования активных областей p-n переходов
Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления полупроводниковых структур, с пониженной плотностью дефектов

Изобретение относится к технологии полупроводниковой микро- и наноэлектроники, а именно к золь-гель технологии получения сегнетоэлектрических тонких стронций-висмут-тантал-оксидных пленок на интегральных микросхемах, применяемых в частности в устройствах энергонезависимой памяти типа FRAM. Техническим результатом изобретения является обеспечение однородности изготавливаемой сегнетоэлектрической пленки, упрощение контроля над процессом приготовления золя и увеличение срока хранения исходного золя, снижение энергоемкости процесса и снижение его стоимости. В золь-гель способе формирования сегнетоэлектрической стронций-висмут-тантал-оксидной пленки готовят исходные растворы хлорида стронция, хлорида висмута и хлорида тантала. Каждый полученный раствор подвергают ультразвуковой обработке в течение 20-40 минут, выдерживают в течение суток при комнатной температуре и фильтруют. Смешивают растворы в один и выдерживают его в течение суток при комнатной температуре. Образуется пленкообразующий раствор, который наносят на подложку, сушат подложку с нанесенным пленкообразующим раствором при температуре 50-450°С и отжигают пленку в присутствии кислорода при температуре 700-800°С в течение 1-2 часов. В результате получают сегнетоэлектрическую стронций-висмут-тантал оксидную пленку. 5 ил.
Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов и интегральных схем, в частности к способам защиты поверхности p-n-переходов. Изобретение обеспечивает получение равномерной поверхности, уменьшение температуры и длительности процесса. В способе защиты p-n-переходов на основе окиси бериллия защита поверхности p-n-переходов осуществляется на основе пленки окиси бериллия вакуумным катодным распылением. Создание защитной пленки проводится в печи при температуре 1000°C, температура кристалла 600°С. Окись бериллия в виде порошка, а в качестве несущего агента используется галоген HBr. Устанавливается перепад температур между источником окиси бериллия и полупроводниковым кристаллом. Расстояние между источником окиси бериллия и кристаллом равно 12 см. Контроль толщины защитной пленки осуществляется с помощью микроскопа МИИ-4. Толщина пленки окиси бериллия δ=0,8±0,1 мкм.
Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов и интегральных схем, в частности к способам защиты кристаллов p-n-переходов. Техническим результатом изобретения является достижение стабильности и уменьшение температуры и длительности процесса. В способе защиты поверхности кристаллов p-n переходов на поверхность кристалла наносят слой защитного стекла, состоящего из смеси микропорошков со спиртом, в состав которого входят: 60% окиси кремния - SiO2 и 28% окиси бора - B2O3. После термообработки в вакууме при температуре 280±10°C в течение 18±2 минут образуется стеклообразная пленка толщиной 0,45±0,5 мкм. Далее производится ее сплавление с нижним слоем стекла при температуре 600°C.
Использование: для получения мощных кремниевых транзисторов, в частности к способам получения фосфоро-силикатных стекол для формирования p-n переходов. Сущность изобретения заключается в том, что кремниевые пластины загружают в кварцевую лодочку, помещенную в кварцевую трубу, находящуюся внутри нагретой однозонной печи СДОМ-3/100. Через трубу пропускается поток газа носителя - водород (H2), а фосфорный ангидрид (P2O5) помещают в зону источника и нагревают до температуры 300°C, при которой происходит испарение источника. Процесс проводят при следующем расходе газов: О2=40 л/ч, азот N2=500 л/ч. Технический результат: обеспечение возможности осуществления процесса диффузии фосфора с применением твердого источника диффузанта - фосфорный ангидрид (P2O5) при температуре 1050°C и времени - 40 минут, и получить RS=140±10 Ом/см, при котором обеспечивается уменьшение разброса значений поверхностной концентрации по всей поверхности кремниевой пластины и снижение длительности и температуры процесса.

Изобретение относится к технологии микроэлектроники. В способе получения слоя диоксида кремния, включающем загрузку полупроводниковой подложки в реактор, нагрев полупроводниковой подложки до необходимой температуры в диапазоне 300-500°C, подачу паров алкоксисилана, преимущественно - тетраэтоксисилана, и окислителя в виде смеси кислорода и озона, с концентрацией последнего в первом в диапазоне 0-16 вес.%, поддержание рабочего давления в реакторе в диапазоне 0,5-760 мм рт.ст., процесс осаждения осуществляют циклами, состоящими из последовательных импульсов паров алкоксисилана и окислителя, разделенными импульсами продувочного инертного газа, причем длительность импульсов составляет 0,1-20 секунд, а количество циклов рассчитывают из необходимой толщины слоя и скорости осаждения слоя диоксида кремния за один цикл. Изобретение позволяет обеспечить равномерный рост слоев диоксида кремния в условиях реализации процесса, исключающего взаимодействие исходных реагентов или их непрореагировавших остатков в реакторе, и обеспечивает взаимодействие реагентов на нагретой поверхности подложки в адсорбционном слое. 7 ил., 1 табл.
Наверх