Диссертация (1144206), страница 15
Текст из файла (страница 15)
50). На данной структуре с помощьюфотолитографиибыласформированатопологиядляпоследующегонапыления омических контактов. Перед напылением металлов контакта былапроизведена стандартная обработка в кислородной плазме для удалениявозможных остатков органики в окнах напыления и последующее удаленияокисла с поверхности в растворе HCl.Плазменной обработке в среде BCl3 на установке ICP-RIE в ICPрежиме подвергалась одна из половин HEMT структуры. Мощность,вложенная в ICP-разряд – 200 W; поток BCl3 – 10 sccm и время обработки –1 минута. Мощность источника напряжения смещения, при частоте 13.56102MHz, равнялась нулю, чтобы исключить дополнительную бомбардировкуповерхности образца, которая может привести к травлению структуры.Другая половина образца была закрыта кварцевой маской и не подвергаласьплазменной обработке.ДалеебылапроизведенаметаллизацияомическихконтактовTi/Al/Ni/Au с последующим вплавлением контактов в установке быстроготермического отжига (RTA) при температуре 830˚C в атмосфере азота.
Мезаизоляция была сформирована плазменным травлением в среде BCl3/Ar наустановке ICP-RIE в ICP-RIE режиме. И наконец, проводилось измерениесопротивления омических контактов TLM методом. Ширина и длинаметаллизации контактов составляли 100 мкм. Расстояние между контактамиравнялось 5, 10, 20, 40, 200 мкм как показано на рисунке 50.Рисунок 50: Схематическое изображение эпитаксиальной AlGaN/GaN HEMT структурысо сформированным TLM модулем вид в разрезе. Пунктирная линия в слое GaNиллюстрирует положение канала транзистора с двумерными электронным газом 2DEGСреднее удельное сопротивление омических контактов в случаеобработки структуры перед напылением металлизации в BCl3 плазме в ICPрежиме в течение одной минуты составило 1.8×10 -5 Ωcm2, что в 1.7 разабольше чем на необработанной половине (1.05×10-5 Ωcm2).
Также былоустановлено, что и обработка в течение трех и пяти минут в плазме BCl3 в103описанном ранее ICP-режиме, приводит к аналогичному росту контактногосопротивления.Для понимания процессов, происходящих на поверхности верхнегоcap-слоя структуры в результате плазменной обработки в плазме BCl3,которая привела к росту контактного сопротивления, был проведен анализметодом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS) химическогосостава верхнего cap-слоя структуры на установке VG Escolab.
Для этогобылаподготовленадополнительнаяAlGaN/GaNHEMTструктура,выращенная методом MBE в одном процессе со структурой, описаннойранее. После роста пластина прошла процесс стандартной химичкой отмывкии обработку в кислородной плазме, с последующей обработкой в раствореHCl в течении одной минуты. Далее пластина была разделена на два образца.Первый образец был обработан в газовом разряде BCl3 в течение однойминуты, а второй не подвергался плазменной обработке и служил эталоном.На приготовленных таким образом образцах были проведены XPSисследования.Поверхностный химический состав верхнего cap-слоя GaN послеплазменной обработки определялся из анализа XPS спектров остовныхэнергетических уровней: B1s, C1s, Cl2p, Ga3d, N1s и O1s.После обработки в течение одной минуты в BCl3 плазме в ICP-режимена поверхности обработанного образца было обнаружено появление бора,хлора, углерода с содержанием 29.7%, 35% и 20.6%, соответственно.
В товремя как содержание галлия и азота в отличие от необработаннойповерхности GaN изменилось и составило 3.11% (Ga) и 1.74% (N).Сводка экспериментальных данных об измеренном атомарномповерхностном составе после плазменной обработки и без обработкипредставлена в таблицах 2, 3 соответственно. Из таблицы 2 видно, что послеплазменной обработки в BCl3 плазме в ICP-режиме содержание Бора и хлорана поверхности почти на порядок превосходит содержание галлия и азота. В104тоже время, на необработанном в BCl3 плазме образце (таблица 3) вовсеотсутствуетБоринаблюдаетсяпреимущественноеповерхностноесодержание галлия и азота.
Необходимо также отметить, что наличие хлорана поверхности необработанного в плазме BCl3 образца (таблица 3) связаносо стандартной предварительной обработкой в растворе HCl, как былоописано ранее. Наличие углерода обусловлено влиянием атмосферного CO2Необходимо подчеркнуть, что для структуры GaN, обработанной вBCl3 плазме в ICP-режиме наблюдается низкий уровень XPS сигнала(остовные уровни Ga3d и N1s) (рис. 51) по сравнению с необработанным вплазме BCl3 образцом (рис. 52). Поскольку, XPS метод анализируетхимический состав поверхностного слоя, то есть, верхних десяти-двадцатиангстрем, то уменьшение уровня сигнала от cap-слоя GaN структуры (рис.51) говорит об образовании некого слоя на поверхности в результатеплазменной обработки, а именно, полимерной пленки типа BxCly.Наблюдаемые закономерности: рост контактного сопротивленияпосле плазменной обработки в ICP-режиме в среде BCl3; спад уровня XPSсигнала остовных уровней Ga3d и N1s; рост атомарного содержания Бора ихлора мы объясняем ростом диэлектрической-полимерной пленки наповерхности.ОстовныйУровеньЭнергия связи(eV)Процентноесодержание (%)34.97Cl2p200.31B1s190.3929.67C1s284.8520.59O1s532.718.71Ga3d19.193.11N1s402.581.74Таблица 2: Атомарный состав верхнего cap-слоя GaN толщиной 20Å после плазменнойобработки в плазме BCl3 в течение одной минутыОстовныйЭнергия связиПроцентное105Уровень(eV)содержание (%)Ga3d19.727.43N1s190.422.63Al2p73.718.2O1s531.714.71C1s286.413.83Cl2p1993.2Таблица 3: Атомарный состав верхнего cap-слоя GaN толщиной 20Å без плазменнойобработкиРисунок 51: Обзорный XPS спектр образца с верхним cap-слоем GaN толщиной20Å без плазменной обработки106Рисунок 52: Обзорный XPS спектр образца с верхним cap-слоем GaN толщиной 20Å послеплазменной обработки в плазме BCl3 в течение одной минутыДва пика (B1s, Cl2p) относительно большой интенсивности (рис.
52),описывающие химическую связь B-Cl были обнаружены в ходе анализахимического состава после плазменной обработки в плазме BCl3. Пик B1s сэнергией связи 190.4 eV соответствует атому B связанному с Cl, а пик Сl2p сэнергией связи 199.8 eV соответствует атому Cl, связанному с атомом B.Таким образом, можно сделать вывод об образовании слоя Bx-Cly наповерхности верхнего cap-слоя GaN структуры в результате плазменнойобработки в BCl3 плазме в ICP-режиме.
Образованная диэлектрическаяполимерная пленка Bx-Cly стала причиной роста контактного сопротивления,как отмечалось ранее. Спектры высокого разрешения остовных уровней B1sи Cl2p представлены на рисунках 53 и 54 соответственно.107Рисунок 53: XPS спектр высокого разрешения уровня B1s верхнего GaN cap-слояпосле плазменной обработки в BCl3 плазме в ICP-режимеРисунок 44: XPS спектр высокого разрешения уровня Cl2p верхнего GaN cap-слояпосле плазменной обработки в BCl3 плазме в ICP-режиме108На рис.
53 представлен XPS спектр высокого разрешения остовногоуровняB1s.Химическаясвязьсэнергией190.4 eVсоответствуетобразованию соединения типа B-Cl на поверхности. На рис. 54 показанспектр высокого разрешения остовного уровня Cl2p, где линия с энергией199.8 eV соответствует химической связи Cl-B на поверхности. Присутствиеупомянутых выше линий свидетельствует об образовании полимернойпленки типа BxCly на поверхности.Линия 201.4 eV обусловлена образованием химической связи Cl-O наповерхности [189].
Образование химической связи Cl-O может бытьобусловлено взаимодействием хлора с остаточной поверхностной оксиднойпленкой,атакже,возможно,этасвязьобразуетсяврезультатевзаимодействия BCl3 плазмы ICP-разряда с кварцевыми стенками реактора[189].Обработка в BCl3 плазме способна удалять оксидную пленку GaxOy споверхности GaN, образующуюся в результате окисления в кислороднойплазме после проведения фотолитографии на пластине, а также посленахождения пластины на воздухе [113, 187, A2, А3].
Во время плазменнойобработки радикалы типа BClx, образованные в результате диссоциацииэлектронным ударом молекул BCl3 приводят к усиленному травлениюоксидной пленки с образованием летучих соединений типа BxOCly и BxOy ипоследующему удалению с поверхности за счет бомбардировки в приэлектродном слое ионами из плазмы. Описанный процесс травления можноописать следующими химическими реакциями и проиллюстрировать рис. 55:BClx(g) + Ga2O3(s) => BOClx(s) + Ga2O3(s) – осаждение радикалов BClxна поверхности;+BClx (g) + BOClx(s) => BClx(g) + BOClx(g) – удаление летучихсоединений BOClx.(g) – газ; (s) – поверхностное соединение.109Рисунок 55: Иллюстрация удаления с поверхности GaN оксидной пленки с последующимобразованием летучих соединений типа GaClxВ процессе плазменной обработки радикалы типа BClx садятся наповерхностную оксидную плёнку Ga2O3.
При этом образуются соединениятипа BOClx. Далее под действие бомбардировки ионами BClx+ происходитудаление летучих соединений BOClx и GaClx.Из анализа спектров высокого разрешения (рис. 53, 54) следует, чтообработка поверхности GaN в BCl3 плазме в ICP-режиме приводит к+образования полимерной пленки. При этом энергия ионов типа BClxвплазме BCl3 в ICP-режиме недостаточна для удаления поверхностнойоксидной пленки и полимера типа BxCly.Подобный механизм перехода от осаждения к травлению во времяионной бомбардировки в BCl3 плазме в случае обработки поверхности HfO2 иSiO2 был описан ранее в параграфе 3.6.7 данной диссертационной работы. Вработах [A2, 185] отмечался факт существования конкуренции междупроцессами плазменного травления и полимеризации, в зависимости отпараметров процесса, при обработке поверхности.
Ионы при обработке вICP-режименеприобретаютнеобходимойэнергиидляудаленияповерхностных полимеров, и их энергия, по всей видимости, не превышает11010-20 eV, что сопоставимо с плавающим потенциалом плазмы относительноэлектрода, на котором находится пластина.Из сказанного выше, можно сделать вывод, что в случае обработкиповерхности верхнего cap-слоя GaN в плазме BCl3 перед формированиемомических контактов необходимо дополнительно подавать мощность нанижний электрод (ICP-RIE режим), которая будет управлять напряжениемсмещения, или другими словами, средней энергией ионов, на подложке. Приэтом возможно подобрать оптимальную величину напряжения смещения,которая позволит эффективно удалять полимерные пленки типа Bx-Cly споверхности, удалять поверхностный оксид GaxOy, а также формироватьазотные вакансии в слое GaN за счет ионной бомбардировки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
