Автореферат (Плазменные процессы в технологии HEMT транзисторов на основе III-нитридов), страница 2

Плазменная обработка поверхности верхнего GaN cap-слоя HEMT структурна основе AlGaN/GaN в емкостном газовом разряде в среде SF6 приводит ксущественному увеличению напряжения поверхностного пробоя AlGaN/GaNHEMT структур за счет модификации поверхностного химического составапутем замены поверхностного оксида на пленку типа GaFx.4. Плазменная обработка поверхности GaN в емкостном газовом разряде всреде SF6 приводит к образованию смешанной поверхностной полярности или6даже инверсии поверхностной полярности GaN, что обусловлено встраиваниемфтора в приповерхностные слои GaN.5. Разработанный и созданный методами микроэлектроники и плазменноготравления планарный энергоанализатор позволяет проводить измеренияспектров энергий заряженных частиц непосредственно в технологическихреакторах без использования камер с дифференциальной откачкой.Достоверность научных результатовДостоверность полученных результатов определяется использованиемсовременных экспериментальных методик, воспроизводимостью результатов, атакже согласием полученных результатов с численными расчетами исуществующими литературными данными.Апробация работыОсновные результаты диссертационной работы докладывались на российских имеждународных конференциях и семинарах: 8-ая Всероссийская конференция:Нитриды галлия, индия и алюминия – структуры и приборы (Россия, СанктПетербург, 2011), IEEE 10th International Vacuum Electron Sources Conference,IVESC.

(Россия, Санкт-Петербург, 2014), 10-ая Всероссийская конференция:Нитриды галлия, индия и алюминия – структуры и приборы (Россия, СанктПетербург, 2015), 11-ая Всероссийская конференция: Нитриды галлия, индия иалюминия – структуры и приборы (Россия, Москва, 2017), Семинар в АО«Светлана-Рост», 2016, Семинар на кафедре физики плазмы СПбПУ ПетраВеликого, 2016, Семинар в Corial SAS, Grenoble, France, 2017.Научные публикацииПо материалам диссертации представлены в 11 публикациях. Основныерезультаты диссертационной работы опубликованы в 5 статьях врецензируемых журналах, в одной статье в энциклопедии, изданнойиздательством Taylor & Francis, в патенте на полезную модель, а также вматериалах 4 Всероссийских конференций.Личный вклад автораРезультаты, полученные в диссертационной работе, получены непосредственноавтором. Автором исследовались и разрабатывались режимы плазменныхобработок,технологическиемаршруты,атакжепроводилисьэлектрофизические измерения характеристик HEMT транзисторов на основе IIIнитридов.

Автором разработан и создан планарный энергоанализатор. Выборобщего направления исследования, постановка рассматриваемых задач,обсуждение и обработка полученных результатов осуществлялась авторомсовместно с научным руководителем.7Структура и объем диссертацииДиссертация состоит из семи глав, заключения и списка цитируемойлитературы. Полный объем диссертации составляет 188 страниц, включая 92рисунка, 6 таблиц и списка литературы из 218 наименовании и 11 публикацийавтора. Нумерация литературы и рисунков сквозная. Нумерация формулмногоуровневая (привязана к номеру главы).Содержание диссертационной работыВ первой главе (введении) представлены актуальность настоящейдиссертационной работы, цели и поставленные задачи. Приведены результаты,представляющие научную новизну и практическую ценность.

Здесь такжесформулированы научные положения, выносимые на защиту. Обоснованадостоверность полученных результатов. Представлены данные об апробациидиссертационной работы и список публикаций автора по теме диссертации,подчеркнут личный вклад автора. Во введении также кратко приведеносодержание диссертации.Во второй главе, которая представляет собой обзор литературы, описаныособенности кристаллической структуры III-нитридов, проблемы постростовойтехнологии HEMT транзистора на основе AlGaN/GaN, а именно, подробноописана проблема создания омического контакта, межприборной изоляции,формирования контактов Шоттки, а также пассивации приборной структуры.Приведен обзор плазменных методов травления, применяемых в технологииприборов на основе III-нитридов.

Описан метод диагностики плазменныхпроцессов при помощи энергоанализаторов, позволяющих измерять спектрэнергии заряженных частиц, бомбардирующих приборную структуру.Сформулированы выводы и остановка задачи.В третьей главе описаны используемые в работе экспериментальные методикии установки. Приведено подробное описание установки плазменного травленияICP-RIE, примененной в данной работе.

Описана также установка плазменногоосаждения тонких диэлектрических пленок с емкостным типом возбуждениягазового разряда. Представлено описание установки емкостного газовогоразряда с интегрированным энергоанализатором. Далее приведено описаниеметода длинной линии (TLM) для определения сопротивления омическихконтактов, который применялся для характеризации структур. Представленоописание метода оптической эмиссионной спектроскопии плазмы (OES) иописан OES спектрометр, использованный в работе. Описан метод измерениятоков насыщения HEMT транзисторов. Кроме того, приведено описаниечетырехсеточного энергоанализатора, применяемого для определения функциираспределения по энергиям заряженных частиц.В четвертой главе представлены результаты исследования влияния обработкиповерхности в BCl3 плазме на формирование омических контактов к структурамHEMTтранзисторовнаосновеIII-нитридов.Экспериментальнопродемонстрировано, что плазменная обработка в среде BCl3 перед8формированием омических контактов в ICP-режиме приводит к ростуконтактного сопротивления.

Для выяснения причин роста контактногосопротивления был проведен анализ XPS спектров образцов AlGaN/GaN HEMTструктур с cap-слоем GaN после плазменной обработки в ICP-режиме, которыйвыявил наличие характерных пиков остовных энергетических уровней (B1s,Cl2p) относительно большой интенсивности (см. на рис. 1б).abРисунок 1.

Обзорный XPS спектр образца с верхним cap-слоем GaN толщиной 20Å. aнеобработанный образец, b-образец после обработки в плазме BCl3.Наличие данных пиков свидетельствует об образовании диэлектрическойпленки типа BxCly на поверхности образца. Образование такой полимернойдиэлектрической пленки связано с тем, что энергия ионов при обработке в ICPрежиме (~10eV) недостаточна для препятствования росту полимера BxCly(энергия связи ~3.08eV) на поверхности и эффективного удаления окисла Ga2O3(энергия связи~2.95eV) в виде летучих соединений типа BOCl, что, в своюочередь, приводит к росту контактного сопротивления на HEMT структурах.

Нарисунках 2 и 3 приведены XPS спектры высокого разрешения для остовногоуровня B1s и остовного уровня C12p, соответственно. Пик B1s с энергией связи190.4 eV соответствует атому B связанному с Cl, а пик Сl2p с энергией связи199.8 eV соответствует атому Cl, связанному с атомом B (см. рис.

2 и 3).Рисунок 2. XPS спектр высокого разрешения Рисунок 3. Спектр высокого разрешенияуровня B1s верхнего GaN cap-слоя образцауровня Cl2p верхнего GaN cap-слоя послес верхним cap-слоем GaN толщиной 20Åплазменной обработки в BCl3.после плазменной обработки в BCl3.9Анализ XPS спектра высокого разрешения остовного уровня B1s (рис. 2)демонстрирует образование химической связи с энергией 190.4 eVсоответствующей соединению типа B-Cl на поверхности. XPS спектр высокогоразрешения остовного уровня Cl2p демонстрирует линию с энергией 199.8 eV,которая соответствует химической связи Cl-B (рис. 3). Важно, что линии B1sнет, а линия Cl2p крайне слабая в случае необработанного образца (см.

рис. 1а).Линия 201.4 eV (рис. 3) обусловлена образованием химической связи Cl-O наповерхности [9]. Образование химической связи Cl-O может быть обусловленовзаимодействием хлора с остаточной поверхностной оксидной пленкой. Такимобразом, можно сделать вывод об образовании полимерной пленки Bx-Cly наповерхности верхнего cap-слоя GaN структуры в результате плазменнойобработки в BCl3 плазме в ICP-режиме. Анализ корреляций в особенностях XPSспектров и результатов измерения контактного сопротивления позволил сделатьвывод, что образованная диэлектрическая полимерная пленка Bx-Cly сталапричиной роста контактного сопротивления.Для эффективного удаления оксидной пленки и предотвращения роста полимераBxCly на поверхности GaN применялся ICP-RIE режим плазменной обработки снезависимой подачей ВЧ мощности, задающей величину автосмещения наподложке.

Была установлена ключевая роль энергии ионов в процессеплазменной обработке в среде BCl3 для получения низкого сопротивленияомических контактов [A5]. Показано, что существует оптимальная величинаавтосмещения на подложке, определяющая среднюю энергию ионов,бомбардирующая поверхность GaN cap-слоя HEMT структуры в режиме ICPRIE, которая позволяет эффективно удалять поверхностную оксидную пленкуGaxOy, препятствует образованию полимера BxCly и в тоже время обеспечиваетсущественное снижение поверхностного потенциального барьера длятранспорта электронов. На рис.