Диссертация (1144206), страница 11
Текст из файла (страница 11)
При низких давлениях (меньших или равных 20 mTorr) ионы изплазмы диффундируют из области генерации (центра камеры) к подложке(нижнему электроду) уже с относительной малой энергией. И подаваядополнительную мощность на нижний электрод можно, соответственно,управлять величиной напряжения автосмещения на подложке тем самымувеличивая скорость травления и анизотропию профиля. ICP источникипредпочтительны по сравнению с ECR источниками, так как они не требуютэлектромагнитов и волноводов. Первые результаты [132, 135] по травлениюGaN в ICP-режиме были получены в химии Cl2/H2/Ar и скорости травлениясоставили 6875 Å/min.72Рисунок 31: а) ICP-RIE, b) TCP-RIE [131]2.9.4 Альтернативные методы травления III-нитридов2.9.4.1Xимически - ассистированное ионное травление (CAIBE)Одним из альтернативных методов травления является химическиассистированное ионное травление (CAIBE) [147-148], которое опирается какна химические реакции на поверхности, так и на физическое распыление, чтоприводит к анизотропным профилям травления и достаточно большимскоростямтравления.Типичнаяпринципиальнаясхемаустановки,используемой для реализации метода CAIBE изображена на рис.
24 ниже.Как можно видеть из рис. 32 химически активный газ подается черезотдельный газовый душ, расположенный удаленно от источника ионов 73вблизи образца. Для травления III-нитридов в качестве химически активного– модифицирующего поверхность газа используется Cl2. В результатесорбции на поверхность образуются соединения типа GaClx и NClx.Сорбированный слой удаляется потоком ионов аргона с большимиэнергиями, как правило, порядка 300-2000 eV [24], из удаленной разряднойкамеры. В результате потоком высокоэнергетичных ионов распыляетсямодифицированный поверхностный слой GaClx, NClx, а также легколетучийгаз N2.
Процесс, обычно, происходит при низких давлениях (менее 5 mTorr),что в сочетании с высокими энергиями ионов приводит к высокойанизотропии профиля травления.Рисунок 32: Установка травления CAIBE [149]Используя метод CAIBE, были получены скорости травления GaNравные 2100 Å/min при энергии пучка ионов Ar+, направленного на образец,находящийся в среде Cl2 или HCl [147-148], равной 500 eV.2.9.4.2Травление низкоэнергетичным электронным пучком (LE4)Еще один альтернативный метод травления, привлекший вниманиеблагодаря своей не повреждающей сути, из-за принципиального отсутствияионов в процессе травления, это метод травления низкоэнергетичным74электронным пучком (LE4) [150-151]. Электроны с низкими энергиями(~ 15 eV) облучают подложку, находящуюся в среде активных газов.Электроны имеют ничтожный импульс и, следовательно, не вносятразрушенийв полупроводниковуюхимическиереакциимеждуструктуру.реактивнымЭлектроныгазомиусиливаютповерхностьюполупроводника, приводя к получению анизотропного профиля травления.LE4 травление GaN в чистом водороде показало сильную температурнуюзависимость скорости травления варьирующуюся от ~ 70 Å/min при 50˚С до~ 500 Å/min при 250 ˚С [150-151].
В чистом Cl2 была получена скоростьтравления GaN LE4 методом равная 2500 Å/min при 100˚С [132]. Былполучен анизотропный профиль травления и гладкая поверхность присохранении стехиометрической поверхности.2.9.4.3Фотоассистированное травлениеФотоассистированное травление GaN было получено в среде HCl приоблучении ArF эксимерным лазером на длине волны 193 nm [132]. Притемпературах в диапазоне от 200˚С до 400˚С наблюдалось гладкое травлениеGaN с четкими контурами при скорости травления менее 80 Å/min.Взаимодействие лазерной волны с поверхность GaN и молекулами HClвозбуждало электронные и колебательные энергетические уровни, чтоприводило к разрыву химических связей и десорбции продуктов реакциитравления [153].
Лазерный луч усиливал реакцию между HCl и GaN, приводяк образованию соединений типа GaClx, которые десорбируют под действиемнагрева, а атомы N удаляется в виде N2 или NHx. Стоит отметить, что приплазмохимическом травлении полупроводниковых структур, особенно в ICPрежимах, часто присутствует эмитированное возбужденными частицамирентгеновское излучение, а также потоки электронов, осциллирующие начастоте приложенного поля, и все эти процессы вносят свой вклад в процесстравлении структуры. Но роль высокоэнергетичных ионов, вылетающих из75плазмы, в приэлектродный слой и бомбардирующих поверхность структур,как правило, оказывается решающей.2.9.4.4Атомно - слоевое травление (ALE)В последнее десятилетие большой интерес технологов занятых втематике приборов на основе III-нитридов адресован прецизионномуплазменному травлению гетероструктур на основе III-N. Особенно этоактуально в контексте пост ростовой технологии полевых транзисторов свысокой подвижностью носителей в канале – HEMT на основе III-N (см.далее в данном обзоре).
А именно, формированию рецесса (углубления) [154]в активной области прибора перед формированием затвора Шоттки дляполучения большей крутизны и мощностных характеристик прибора [155].Уменьшение длин затворов до нано размерного диапазона требует контроляглубин травления и морфологии на уровне монослоёв.
Но существующиепривычные методы травления, такие как, ВЧЕ RIE травление вносятразрушения в структуру и нарушают стехиометрию поверхности, чтоприводит к деградации транзисторов на основе GaN [156]. Проблемутравления рецесса без деградации характеристик чувствительного квоздействию плазмы GaN HEMT транзистора удалось решить применениемметода атомно-слоевого травления (ALE) [157]. Метод ALE позволилполучать контролируемое травление на атомных масштабах глубин для нужднано размерных технологий [158]. Ранее данные по ALE для GaN былипредставлены в работах [159, 160].
Необходимо отметить тот факт, чтоатомно-слоевое травление AlGaN/GaN структур было реализовано напривычных ICP-RIE плазменных установках с применением импульсногорежима работы плазменных генераторов и регуляторов расходов газов [157160].Суть атомно-слоевого травления заключается в разбиении процессатравления на отдельные стадии, что позволяет контролировать стравливание76определенного количества материала за каждый цикл повторения такихстадий.
На рисунке 33 представлен типичный цикл атомно-слоевоготравления.Рисунок 33: Цикл атомно-слоевого травления GaN [157]При реакции (стадия A) поверхность GaN (атом Ga- большие круги,атом N-меньшие круги) модифицируется молекулами Cl2 (сдвоенные круги).При этом формируется хлорированная поверхность. Далее в стадии B за счетбомбардировки ионамиAr+ (атомы аргона представлены большимикрасными кругами, а ионы кругами со стрелками) происходит удалениемодифицированного слоя. Один полный цикл также состоит из двухпродувок инертным газом (как правило, аргоном) после каждой стадиицикла, что необходимо для того, чтобы избежать, взаимовлияния стадийцикла.На рисунке 34 показана зависимость глубины травления за цикл (EPC)от напряжения автосмещения на подложке (плазменная стадия цикла, какправило, осуществляется в RIE режиме).
Наблюдаются три различныхрежима (см. рис. 34).77Рисунок 34: EPC для GaN как функция напряжения автосмещения при длительностистадии плазменного травления ионами аргона равной 5 секунд [160]В режиме I на рисунке (автосмещение: 0-50 V) и режиме III(автосмещениеболее100 V),величинаEPCвозрастаетсростомавтосмещения на положке. В то время как в режиме II (автосмещение: от 50до 100 V) величина EPC практически постоянна.Механизм атомно-слоевого травления GaN заключается в том, чтомодифицированная хлором поверхность удаляется под действием ионнойбомбардировки аргоном в виде летучих соединений GaClx, N2 и, возможно,NClx.
И, исходя из этого, можно объяснить зависимость, представленную нарисунке выше. В режиме I энергия не достаточна для полного удалениямодифицированной хлором поверхности. В режиме III энергия ионов,бомбардирующихобразец,превышаетилисопоставимаспорогомраспыления для GaN (100 eV) [160], т.е. имеет место физическое распыление.В режиме II наблюдается диапазон энергий, когда глубина травления за циклостается постоянной (само-ограниченный режим [158]). А диапазон энергий,когда наблюдается само-ограниченное травление за цикл, называется ALEокном [160]. Как видно из рисунка, глубина травления за цикл равняется0.4 nm, что соответствует примерно одному-двум монослоям [160]. И, таккак, энергия ионов меньше порога распыления GaN, то хлорированный впервой стадии цикла слой GaN составляет всего несколько монослоев.78Рисунок 35: Изображение поперечного сечения образцов GaN, полученное с помощьюпросвечивающего электронного микроскопа (TEM), после травления: a) атомно-слоевымтравлением; b) непрерывным плазменным травлением в ICP-RIE режиме [160]На рисунке 35 видно, что поверхность GaN после травления методомALE не подвержена разрушениям [160].
Действительно, атомно-слоевоетравление позволяет контролировать травление на уровне отдельныхмонослоев. В тоже самое время, обычное непрерывное плазменное травлениев хлорной химии приводит к получению существенных разрушений ишероховатости поверхности на уровне 4 nm против 0.5 nm для ALE [160].В технологии полевых транзисторов на основе III-нитридов важнуюроль играют плазменные обработки и бомбардировка высокоэнергетичнымиионами, в частности [168]. При этом, для сохранения характеристиктранзисторов[18],критическиважнополучениенизкогоуровняповреждений в результате плазменного травления [168] и плазменныхобработок, в частности.
В следующих разделах будут рассмотреныособенности структуры III-N материалов и GaN, в частности, а также79эпитаксиальнаяконструкцияполевоготранзисторанаосновегетероструктуры AlGaN/GaN.Из сказанного выше, становится ясным, что при плазменныхобработках поверхности структур III-нитридов важную роль играют энергииионов, бомбардирующих поверхность. Контроль энергии ионов оказываетсякрайне важным для разработки и оптимизации процессов плазменнойобработки.2.10 Энергоанализаторы для диагностики плазменных процессовМетодизмеренияэнергиизаряженныхчастицспомощьюэнергоанализатора основан на использовании тормозящего электрическогополя [161]. В процессе измерений на анализирующую сетку подаетсязадерживающий потенциал, тормозящий заряженные частицы.
Частицы сэнергией выше, чем задерживающий потенциал формируют ток коллектора.Дляопределенияфункциираспределениячастицпоэнергиям(дифференциальный энергетический спектр) необходимо дифференцироватьполученную зависимость тока коллектора от величины потенциала назадерживающей частицы сетке (кривую задержки) [162].Ток коллектора (Icol), связанный с функцией распределения электроновпо энергиям, может быть представлен в следующем виде:,(2.9)где s- площадь поперечного сечения пучка, n – плотность электронов. Криваязадержки, соответствующая интегральному распределению может бытьпредставлена:(2.10)или же:,(2.11)80Таким образом, продифференцированная кривая задержки позволяетполучить функцию распределения частиц по энергиям.Построенныймногосеточныйнапринципеэнергоанализатор,какзадерживающихправило,потенциаловпредставляетсобойколлектор и набор тонких параллельных металлических сеток, на каждую изкоторых подан соответствующий потенциал [163-166].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
