Введение к работе
Актуальность проблемы: Тонкопленочные структуры составляют основу современной микроэлектроники. Среди них контакты металл-полупроводник, полученные путем осаждения тонких пленок металла на поверхность полупроводника, занимают очень важное место как в качестве нелинейных элементов (диоды с барьером Шоттки), так и в качестве токопроводящих омических контактов и межсоединений в интегральных схемах. Разработка технологии изготовления приборов на основе полупроводников группы А'В5, в первую очередь GaAs, привела к необходимости изучения механизмов начального формирования и свойств тонких пленок различных металлов, прежде всего золота, полученных путем вакуумного осаждения. Исследованиям в данной области посвящено большое число работ и все же многие вопросы до сих пор мало изучены. В частности, очень мало изучена роль механических напряжений, которые возникают уже на самой ранней стадии формирования пленки металла из-за различия параметров решетки. В некоторых работах этими эффектами сознательно пренебрегают, ссылаясь на то, что золото очень пластично. Такой подход нельзя признать оправданным в настоящее время, когда технология позволяет создавать и контролировать свойства гетероструктур на уровне атомных слоев. Кроме того, в ряде случаев в процессе формирования контакта, например, при получении омических контактов, а также в процессе
4 работы приборов применяется или возникает значительный нагрев. Учитывая, что при этом на поверхности полупроводника нередко присутствуют слои изолятора (SiCh, SiN.»), имеющие существенно иной коэффициент линейного расширения, чем арсенид галлия, возможность возникновения термомеханических напряжений приобретает особенно важное значение. Известна также возможность возникновения акустических колебаний в процессе вакуумного осаждения, а также возможность воздействия поверхностных акустических волн (ПАВ) на формирование пленки металла, однако специально и применительно к системе Au-GaAs эти явления до сих пор почти не изучались.
Цель работы: В настоящей работе исследована роль механических, в том числе и термомеханических, напряжений на различных стадиях процесса формирования пленки Аи на поверхности GaAs: на стадии предварительной подготовки образцов, вакуумного осаждения пленки металла, термического отжига структур Au/GaAs и Au+Ge/GaAs, в том числе при наличии промежуточного слоя SiCh или натурального окисла на поверхности GaAs, с целью оптимизации и совершенствования технологии получения выпрямляющих и омических контактов к арсениду галлия.
Научная новизна работы. В процессе исследований, выполненных в диссертационной работе, получен ряд новых результатов, имеющих большое научное и практическое значение, в том числе рассмотрен
5 общий подход к процессам изготовления структур Au/GaAs, включая исследования с помощью электронно-лучевых приборов (электронография, Оже-спектроскопия), технологии создания полупроводниковых приборов и к процессам, происходящим при их работе (например к токопрохождению), в том числе к процессам, являющимися причиной отказов в работе (повреждений).
На основе их сформулированы новые научные положения, которые выносятся на защиту:
-
Воздействия электронных пучков малой интенсивности, в том числе связанных с исследованиями поверхности полупроводника методами Оже-спектроскопии, электронной микроскопии, электронографии, вызывают принудительную релаксацию пластических напряжений путем диффузии точечных дефектов, а также с помощью химических реакций. Релаксация осуществляется по поверхности образцов независимо от размеров области экспозиции.
-
В случае чистой (свободной от окислов) поверхности под воздействием облучений или потока атомов испаряемого металла из-за возникновения областей, растянутых в одном направлении, наблюдается фасетирование поверхности с образованием микрообластей новой ориентации (100)—>(111) как следствие процесса, известного под названием "нерегулярной эпитаксии".
-
При распространении поверхностной акустической волны масса оксидов на поверхности GaAs межет изменяться вследствие нарушения фазового равновесия системы окисел-полупроводник с переходом атомов галлия и мышьяка из приповерхностного слоя в оксид и обратно.
-
Низкотемпературная коалесценция пленок Аи на открытой поверхности GaAs в окнах SiCh происходит при участии Ga по механизму, осуществляемому в гетерогенных системах, вследствие флуктуации, стимулированных остаточными механическими напряжениями, а также напряжениями, возникшими из-за различия коэффициентов термоического расширения Au, Si02 и GaAs.
Практическая ценность: Данные о влиянии термомеханических напряжений и о возможности изменения состава приповерхностного слоя GaAs при воздействии электронных пучков, используемых в электронной литографии, пропускании постоянного или СВЧ тока, а также ПАВ, могут быть использованы при разработке технологии изготовления приборов на основе структур с ультратонкими, нанометровой толщины слоями, например полевых транзисторов типа НЕМТ, которые широко используются в СВЧ электронике.
Апробация работы: Результаты работы докладывались на национальных и международных конференциях: "13lh International Vacuum Congress, 9lh International Conference on Solid Surface"
7 (Yokohama, Japan, 1995), "2а" Международная конференция по физике
малоразмерных структур" (Дубна, 1995), "IV Национальная
конференция по физике окисных пленок" (Петрозаводск, 1994), National
Physics Conference, (Baia Mare, Romania, 1995), "14lh International
Conference on Utilisation of Ultrasonic Methods in Condensed Matter"
(Zilina, Slovakia, 1995), на научных семинарах лаборатории
твердотельной электроники миллиметрового диапазона в ИРЭ РАН.
Публикации: Основные результаты опубликованы в 9 печатных
работах.
