Введение к работе
Актуальность темы. Полупроводниковые соединения группы А^В' прочно заняли свое место в твердотельной электронике. Область применения этих материалов чрезвычайно широка: от дискретных диодов до приборов на гетеропереходах. В частности, следует отметить, что именно применение этого ряда соединений и твердых растворов на их основе позволило достичь значительного прогресса в разработке и производстве широкого спектра свето-излучающих диодов.
Одной из многочисленных проблем в технологии создания твердотельных электронных устройств на основе соединений AlnBv является поиск эффективных способов обработки и травления поверхности монокристаллов, которые обеспечивали бы требуемое качество поверхности (минимальную микрошероховатость и дефектность), неизменность химического состава поверхности перед формированием очередного слоя гетероструктуры и возможность управления этими характеристиками.
Как известно, основной задачей в этой области является повышение разрешающей способности, которое в первую очередь, определяется показателем анизотропии процесса травления. Помимо этого при травлении должны быть обеспечены: высокая селективность, низкий уровень загрязнения поверхности материала и искажения получаемого рельефа за счет эффектов переосаждения, обратного рассеяния и диффузии, воспроизводимость по скоростям травления материалов от цикла к циклу, высокая равномерность и производительность, а также должно отсутствовать деградирующее влияние на свойства и размеры защитных масок и электрофизические параметры обрабатываемых структур. В значительной мере, этим требованиям удовлетворяют процессы вакуум-плазменного травления (ВПТ) материалов, в которых используются энергетические и химически активные частицы, образующиеся в плазме газовых разрядов низкого давления.
В настоящее время известно много работ по плазмохимическому травлению монокристаллических подложек из GaAs и InP, но в них в основном рассматривается химизм процессов взаимодействия хлор- и фторсодержащих компонентов и весьма ограничено количество работ по исследованию характеристик поверхности, включая ее морфологию, химический состав и электрофизические свойства, после плазмохимического воздействия.
В связи с выше отмеченным, является актуальным изучение особенностей влияния химически активной газоразрядной плазмы на поверхностные характеристики подложек арсенида галлия и фосфида индия в процессе плазмохимического травления.
Цель работы состояла в установлении возможности управляемого изменения химического состава и свойств поверхности монокристаллического GaAs и InP при ионно-стимулируемом плазмохимическом и реактивном ион-
<ч,і'. национальная]
I БИБЛИОТЕКА {{
но-лучевом травлении применительно к изделиям твердотельной электроники. Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Показано, что дополнительное воздействие ионов низкой энергии (до 300 эВ) при плазмохимическом травлении монокристаллических подложек GaAs и InP в среде на основе СС и C2F3C13 позволяет управляемо изменять свойства обрабатываемой поверхности: химический состав, морфологию и электрофизические свойства.
-
Показано, что при реактивном инно-лучевом травлении GaAs и InP в среде с энергией ионов до 1000 эВ обеспечивается более высокая (до 2 раз) скорость удаления поверхностного слоя при сохранении неизменным химического состава по сравнению с исходным. Процесс травления протекает в кинетическом режиме при температуре до 873К и диффузионном - выше 873К.
-
Показана возможность уменьшения содержания 02 и С в 3-5 раз в приповерхностных слоях GaAs и InP, при сохранении соотношения As/Ga по сравнению с исходным и достижения V14 класса шероховатости при реактивном ионно-лучевом травлении в среде с энергией бомбардирующих поверхность ионов 300-400 эВ.
-
Обнаружено образование дефектов в приповерхностном слое монокристаллов GaAs на глубине 50-60нм при ионно-стимулируемом травлении в среде на основе с кислородом, которые восстанавливаются при отжиге 573-673К.
-
Установлено, что ионно-стимулируемое плазмохимическое травление GaAs в среде при энергии бомбардирующих поверхность ионов в 120-150 эВ обеспечивает высоту барьера Шоттки в структурах Al-GaAs(n-типа) и Al/Ti-GaAs(n-Tnna) соответственно на уровне 0.90-0.93 и О.75-0.8О эВ.
Практическая значимость:
1. Разработана методика определения межфазной энергии в системе подложка (GaAs и InP) - сплавов на основе In и Ga путем измерения краевого угла смачивания при температуре до 1273К и методика зондовых измерений химически активной плазмы в реальном процессе для определения функции радиального распределения электронов по энергии.
2.Разработан и предложен для практического применения совмещенный
в едином технологическом цикле способ создания диодов Шоттки со структу
рой GaAs-Ti/Al, GaAs-Al и GaAs-W с использованием реактивного ионно-
лучевого травления GaAs в среде (энергия ионов до 1000 эВ, плотность
потока ионов (4-6)1012см2-с').
3.Определены режимы ионно-стимулируемого травления GaAs в среде на основе ССЦ и C2F3C13, обеспечивающие сохранение соотношения компонент As/Ga близком к единице, практическое отсутствие вводимых ионной бомбардировкой дефектов и V14 класс шероховатости поверхности.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Использование преимущественного проявления одного или совокупности эффектов воздействия ионов низкой энергии (до 1000 эВ): стимулирование гетерогенных химических реакций; распыление и дефектообразова-ние, позволяющее обеспечить улучшение физико-химических характеристик поверхности, низкую шероховатость, практическую неизменность химического состава приповерхностного слоя арсенида галлия и фосфида индия.
-
Ионно-стимулируемое плазмохимическое травление GaAs в среде на основе CjFjCIj приводит к улучшению морфологии поверхности и повышению селективности травления GaAs-фоторезист и GaAs-SiC2.
-
Отрицательное смещение потенциала к подложке GaAs до —300В при плазмохимическом травлении в среде на основе СС14 в сочетании с термическим отжигом в интервале 573+673К обеспечивает малый разброс значений напряжений в прямом и обратном направлениях, высоту потенциального барьера в интервале 0.90-4).93 эВ в гетероструктурах GaAs-Al, полученных в едином технологическом цикле.
Апробация работы
Основные результаты диссертации отражены в публикациях [1-6] и докладывались на 3-ей и 4-ой Международных научных конференциях "Химия твердого тела и современные микро-и нанотехнологии" (Кисловодск, 2002г., 2004г.), 5-ой Международной конференции "Электромеханика, электротехнологии и электроматериаловедение" (Крым, Алушта, 2003г.).
Структура и объем диссертационной работы
