Диссертация (1144206), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Этот процесспротекает по следующей реакции:(3.25)Процессы сухого плазменного травления и обработки поверхности,как правило, требуют достаточно низких давлений порядка несколькихmTorr. При этом процесс ион-ионной нейтрализации в BCl3 плазмеописывается реакциями 3.23 и 3.24.При низких давлениях потеря электронов в основном определяетсядиффузией на стенку камеры реактора. Электроны уходят в металлическиестенки камеры или рекомбинируют с положительно заряженными ионами надиэлектрических поверхностях и этот процесс необратим.
Среднее времяжизни электрона может быть определено следующим образом: τ = Λ 2/D, гдеΛ – расстояние до ближайшей стенки камеры, а D – коэффициент диффузии,определяемый упругими столкновениями.2.8.3.5Технологические приложения газового разряда в среде BCl3Известно, что атомарный хлор эффективно связывается с металламиIII-группы с последующим образованием летучих хлоридов металлов Шгруппы в отличие от фторидов металлов, соединения которых с металлами IIIгруппы мало летучи (см. рис. 22). По этой причинение хлорсодержащихсреды (BCl3, CCl4, SiCl4) и их смеси с Cl2, который является основным52источником Cl-радикалов, получили большое распространение в технологияхплазменного травления полупроводниковых материалов типа AIIIBV.Рисунок 22: Физические свойства продуктов травления III-нитридов в галогенсодержащейплазме [A2]Что касается, разряда в среде BCl3, то он, впервые, стал применятся вкремниевой технологии для эффективного травления слоев Al и его оксидов[180].По причине способности BCl3 связываться с поверхностнымиоксидными пленками и формировать летучие соединения [180, 181] газовыесмеси с добавлением BCl3 стали активно применяться при разработкепроцессов плазменного травления для современных материалов, таких какнитриды металлов III-группы, а также оксидов металлов HfO и ZnO.В следующем разделе будет рассмотрены некоторые примерыприменения плазменных процессов на основе BCl3 в технологическихмаршрутах полупроводниковых приборов.2.8.3.6Удаление поверхностных оксидных пленокНа поверхности полупроводников всегда присутствует пленкаестественного поверхностного оксида.
Оксидная пленка может привести кзадержкепроцессаплазменноготравленияматерилаипривезтик53невоспроизводимости процесса травления на необходимые глубины [182].Добавление BCl3 к смеси газов при травлении позволяет избежать описаннойпроблемы задержки травления, так как молекула трихлорида бора обладаетсильнейшим антиокислительным эффектом, по сравнению, с другими Clсодержащими смесями, такими как, Cl2; CCl4; или SiCl4. Газ BCl3 и радикалыBClx (x = 1;2) эффективно связываются с поверхностным оксидом споследующим формированием летучих соединений типа оксихлоридов бора:BxOyClz или BxOy [183, 184].
Следующие реакции описывают удалениеповерхностной оксидной пленки:(3.26)(3.27)(3.28)+M обозначает всевозможные положительно заряженные ионы. Реакция 3.26описывает образование летучих соединений на поверхности покрытой+оксидной пленкой. Поскольку, ион BCl2 является основным положительнымионом в плазме чистого BCl3, то поверхностные соединения типа BOClx (s)могут быть удалены с последующим формированием (реакция 3.27)соединений B2OCl3 (g) и B2OCl4 (g). В случае использования смеси BCl3 сдругими газами, например, с хлором или аргоном, удаление оксидной пленкибудет дополнительно протекать по реакции 3.28 [185].Авторы работы [186] экспериментально наблюдали образованиесоединений типа BxOyClz с помощью квадрупольного масс-спектрометра.Естественные продуты травления, такие как, B2OCl3, B3O3Cl2, B2OCl4 и(BOCl)3 были обнаружены, по причине, горения разряда в кварцевой камереэкспериментальной установки.Плазменная предобработка в разряде BCl3 перед основной стадиейтравления может быть использована для удаления поверхностных окислов.Авторами [187] показано, что обработка в разряде BCl3 в течение одной54минуты при сравнительно низкой мощности, вложенной в газовый разряд,перед началом стадии травления в плазме чистого хлора, позволяетполностью устранить 95-и секундную задержку в начале травления иобъяснить различия в скоростях травления GaN и AlGaN, связанное сналичием поверхностных окислов.2.8.3.7Травление оксидов металловСпособность BCl3 плазмы формировать летучие окси хлориды бораактивно применяется при травлении диэлектриков c диэлектрическойпроницаемостью (k) большей чем у SiO2, - так называемые high-kдиэлектрики, широко применяемые в кремниевой технологии.
К такимдиэлектрикам можно отнести: HfO2 и ZrO2. Как правило травление в средеBCl3 осуществляется в ECR или ICP-RIE режимах [188, 189]. В принципе,механизм травления схож с удалением поверхностных оксидов (реакции3.26-3.28), но с образованием летучих хлорсодержащих продуктов, таких как:тетра хлорид гафния, хлорид циркония или SiCl4 (при травлении SiO2).В работах ранее сообщалось [188, 189], что во время плазменноготравления в среде BCl3 существует конкуренция между процессом осажденияна поверхность оксида металла пленки BClx и его травлением за счет ионнойбомбардировки. Это объясняется более эффективным осаждением радикалаBClx на поверхность кремния из-за большей прочности связи Si-B, в то времякак, в случае поверхностного оксида атом бора вовлечен в химическуюреакцию с образованием летучих соединений типа BOClx в процессетравления (рис.
23). Так как, энергия ионов управляет переходами междуосаждением пленок типа BClx и их травлением, авторы [185] численнопредсказали, что высокая селективность может быть получена в диапазонеэнергий ионов от 32 до 60 eV.55Рисунок 23: Скорости травления HfO2 и Si как функция мощности управляющейнапряжением смещения на подложке. Отрицательные значения соответствуютосаждению полимера на поверхность образца [A2]2.8.4 Межприборная изоляцияМежприборнаяизоляция(меза)наIII-Nполупроводниковыхструктурах обычно формируется вытравлением топологии в структуреAlGaN/GaN через фоторезистивную маску плазменным травлением вхлорсодержащих средах.
Подробный обзор методов плазменного траленияструктур AlGaN/GaN можно найти в работе [114]. Для обеспечения надежнойизоляции приборов глубина травления изоляции должна превосходитьглубину залегания канала транзистора. Обычно глубина травления мезаизоляции составляет 1000 – 1500 Å. При этом профиль травления долженбыть достаточно пологим во избежание обрыва металлизации контактаШоттки (рис.24).56Рисунок 24: SEM изображение межприборной изоляции (мезы) с пологим краем [38]Для обеспечения пологого профиля травления в газовую смесь Cl2 илиBCl3добавляетсяAr,которыйусиливаетфизическоераспылениефоторезистивной маски, что приводит к положительному наклону профилятравления. В процессе проведения исследований данной диссертационнойработы для обеспечения межприборной изоляции применялось плазменноетравление в газовом разряде в среде BCl3/Ar в ICP-RIE режиме примощностях 500 W ICP/50 W RIE.
Напряжение смещения на подложкесоставляло ~ 100V. Скорость травления при этом составляла ~20 Å/s.Глубинытравленияконтролировалисьспомощьюпрофилометраисканирующего электронного микроскопа и составляла ~ 1500 Å. Токи утечки,обеспечиваемые межприборной изоляцией, в приборах после проведениятравления меза-структур были не хуже 10-100 nA.572.8.5 Контакты ШотткиОдной из ключевых и до конца нерешенных проблем остаетсябольшоеколичествоповерхностныхсостояний,расположенныхвокрестности активной, затворной области прибора, которые приводят кнежелательнымискажениямхарактеристикHEMT.Поверхностныесостояния увеличивают утечки через затвор транзистора и уменьшаютпробивное напряжение [115], а также приводят к коллапсу тока на высокихчастотах [116].Хорошо известно, что пассивация поверхности AlGaN/GaN HEMTструктур диэлектрическими пленками SiNx позволяет уменьшить слоевоесопротивление канала транзистора [117], а также, в ряде случаев, даетвозможность бороться с высокочастотным коллапсом тока [118] и пробоем[115].
В подавляющем большинстве случаев, пассивирующие покрытиянаносятся и селективно удаляются плазмохимическими методами, в которыхреакционная среда является не менее существенным воздействующимфактором, чем собственно осажденный диэлектрический слой. В работах[119—122] показано влияние плазменных обработок во фторсодержащихсредах, таких как CF4, CHF3 и SF6, на характеристики HEMT структур. Приэтом плазменное воздействие обсуждается в контексте вскрытия диэлектрикав активной области транзистора перед напылением затворной металлизации[119—122]. Авторами работы [123] исследовалось влияние воздействияплазмы газового разряда в SF6 на параметры гетероструктур AlGaN/GaNметодом масс-спектроскопии вторичных ионов и Оже-спектроскопии.
В этойработе наблюдалось проникновение ионов F- в полупроводник на различныеглубины, в зависимости от мощности, вкладываемой в газовый разряд SF6.Кроме того, авторами [123] отмечено значительное изменение ВАХ (в томчисле уменьшение токов насыщения) в зависимости от режима плазменнойобработки, что может являться негативным фактором для мощностныххарактеристик транзисторов. Необходимо отметить, что в упомянутых выше58экспериментах обработка в SF6 разряде проводилась только в областивскрытия перед напылением затворной металлизации. Целью даннойдиссертационной работы было исследование общего влияния плазменнойобработкинаповерхностьгетероструктурыAlGaN/GaNсверхнимприкрывающим cap-слоем GaN, аналогичным широко используемому, вработах по данной тематике [124].2.8.6 Пассивация и плазменная предобработкаТранзисторныеHEMTструктурынаосновеAlGaN/GaNвтехнологических маршрутах, как правило, пассивируются диэлектрическимипленками конструктивно и для борьбы с паразитными эффектами типаколлапсатоканавысокихчастотахработыприбора[51].Такиедиэлектрические пленки согласно существующим представлениям [125] засчет уменьшения количества поверхностных состояний уменьшают [115, 38]паразитные заряды на поверхности, являющиеся причиной затяжныхзакрытых состояний прибора.Самым популярным материалом является Si3N4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
