Диссертация (1144206), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Однако осаждениетакой пленки невозможно без высокотемпературных процессов (порядка800 С). На практике частично сформированный прибор несовместим с такимтемпературным воздействием. Поэтому вместо стехиометрического нитридакремния используется плазмохимические процессы с существенно болеенизкими температурными воздействиями (порядка 300 С). Такие процессыпозволяют получить не полностью стехиометрические соединения типаSiNxHy со значительным содержанием водорода. Последний попадает впленку из-за используемых в процессе осаждения в качестве рабочей средысиланов и/или аммиака.Толщины пассивирующих пленок составляют обычно ~ 100нм, акоэффициент преломления ~ 1,98 – 2,00. Как было отмечено, наиболеераспространенный способ пассивации — это плазменное осаждение из59газовой фазы (PECVD) в среде SiH4, N2, NH3 при температурах от 100°C до400°C.Первые опыты показали негативное влияние наличия таких пленок нанапряжение питания прибора [51].
В закрытых состояниях прибор с такойпленкой либо разрушался, либо имел высокие токи утечек. Ток, вподавляющем большинстве случаев, являлся током обратно смещенногозатвора Шоттки. Оказалось, что для получения низкого тока утечек череззатвор транзистора, эффективно использовать низкотемпературный (100°C)процесс осаждения без использования аммиака при возбуждении плазмынизкочастотным генераторам мощности. Но осаждение тонкой пленки SiN сиспользованием низкочастотного генератора приводило к деградации(падению) тока насыщения HEMT транзистора. По этой причине, возникланеобходимость выяснения причин деградации токов насыщения приборов.Дляобъяснениядеградациитоковнасыщениятранзисторовисследовался газовый разряд в азоте на различных частотах ВЧ генератора.Для этого применялась техника оптической эмиссионной спектроскопииплазмы (OES), которая широко применяется для характеризации процессовплазменного травления и осаждения, а также для определения электронныхтемператур и химического состава плазмы газовых разрядов и концентрациичастиц в них [131, 173].
Метод основан на регистрации излучения,эмитированного из плазмы. Это излучение возникает при переходах частициз возбужденных в нижележащие энергетические состояния.2.9 Плазменные методы травления III-N структурПо причине высокой химической инертности, практически всепроцессы формирования топологии, т.е. процессы травления, а такжепроцессы обработки или модификации поверхности в структурах приборовна основе III-N основываются на плазменных методах. Основные известные60методы плазменного травления III-N структур будут рассмотрены впоследующих подразделах.2.9.1 Физическое распылениеФизическоераспылениереализуетсязасчетбомбардировкиповерхности образца ионами, ускоренными в электрическом поле досравнительно высоких энергий, которые по порядку величины обычносоставляют сотни электрон вольт. Под воздействием такой бомбардировкипроисходитразрывповерхностныххимическихсвязейивносятсяразрушения в кристаллическую структуру приповерхностных слоев споследующим удалением материала с поверхности.
При этом, так какраспыление обычно производится массивными ионами инертных газов,такими как, например, Ar+, то травление-распыление происходит безобразования летучих соединений. То есть, продукты распыления удаляются споверхностинедостаточноэффективноисуществуетвероятностьпереосаждения на близлежащие поверхности, в том числе, и боковые стенки.Таким образом, бомбардировка высокоэнергичными и тяжелыми ионамиперпендикулярно поверхности образца приводит к анизотропному профилютравления [114].
При этом, за счет низкой селективности между материаломмаски и распыляемым материалом образца профиль травления распылениемможет быть не строго вертикальным. Также, распыление, как правило,сопровождаетсяухудшениемморфологииповерхности,изменениемстехиометрии и разрушениями кристаллической структуры, что ведет кдеградации характеристик и даже отказу полупроводниковых приборов [126,127].
В случае рассматриваемых III-N структур с их высокой энергией связифизическое распыление не позволяет получать необходимых скоростейтравления и свойств обрабатываемой поверхности, а также селективности кматериалу маски необходимых для технологии приборов на основе IIIнитридов [127]. В частности, Pearton измерял скорости распыления ионами61аргона GaN, InN, AlN и InGaN как функцию энергии ионов [114]. Скоростираспыления росли пропорционально энергии ионов, но были малы и непревышали 600 Å/min. Авторами [128] сообщалось о распылении GaN спомощьюионовN 2+иAr+.Спомощьюметодарентгеновскойфотоэлектронной спектроскопии (XPS) [128] было показано, что прираспылении ионами Ar+ преимущественно удаляются атомы азота иобразуетсяпреимущественнометаллическаяповерхность.Приэтомраспыление ионами N2+ приводит к компенсации потерь атомов азота наповерхности в результате бомбардировки [128].
Авторы [129] сообщали обэнергии ионов равной ~ 100 eV необходимой для распыления атомов азота споверхности,химическогочтобылосоставаподтвержденометодомприанализерентгеновскойповерхностногофотоэлектроннойспектроскопии. При этом для удаления атомов галлия (который распыляетсясовместно с азотом, т.е. осуществляется травление) характерные энергиисоставили ~250 eV.Для увеличения скоростей травления необходимо было задействоватьхимическую составляющую процесса травления за счет добавленияреактивных газов [114]. Химически доминированное плазменное травление[114], опирающееся на формирование химически активных ионов ирадикалов в плазме, которые затем адсорбируются на поверхности иформируют летучие соединения и далее удаляются с поверхности врезультате воздействия ионов с энергиями, не превышающими пороговраспыления.
Так как, энергии ионов достаточно малы, то скорости травленияв вертикальной и латеральной плоскостях становятся сопоставимы, чтоприводит к получению изотропного профиля травления. Последнеенеприемлемо для субмикронной технологии, где критически важносохранение латеральных размеров в топологии приборов. Тем не менее,благодарянизкимэнергиямионовминимизируетсядеградацияхарактеристик и морфология травимой поверхности.622.9.2 Реактивно-ионное травление (RIE)Метод RIE использует одновременно как химические реакции,протекающие на поверхности, так и физическое распыление, и удалениепродуктов реакций для получения анизотропного профиля и высокихскоростей травления.
Химически активные частицы (радикалы) из плазмыобразуют либо летучие соединения на поверхности, либо слабо связанные споверхностью продукты, а высокоэнергетичные ионы удаляют их за счетбомбардировки.Высокочастотный емкостной разряд (ВЧЕ) является типичнымплазменным источником для реализации реактивно-ионного травления [130,131]. Высокочастотная (ВЧ) мощность генератора и согласующая схема,обычно на частоте 13,56 MHz, прикладывают потенциал между двумяплоскопараллельными электродами в среде реактивного газа.
В среднем запериод разряд приводит к падению потенциала между плазмой и электродомза счет формируемых плазменных слоев [130].Схематичное изображение типичной ВЧЕ установки для RIEтравления представлено на рисунке 25.63Рисунок 25: Схематичное изображение установки для реализации реактивно-ионноготравления (RIE). Изображение взято из источника [132]В высокочастотном разряде, в отличие от разрядов постоянного тока,граница плазмы осциллирует с частотой генератора. Слоем в таких разрядахназывают область пространства, в которой такая граница перемещается вовремени.
Таким образом, каждая точка слоя в каждый момент времениоказывается либо в плазменной фазе, либо в фазе пространственного заряда(см. рисунок 26).Рисунок 26: Осциллирующая с частотой генерации граница плазменного слоя64Принципиальная конструкция реакторов установок, предназначенныхдля ион реактивного травления, является ассиметричной (см. рис. 28).Асимметрия состоит в существенном различии площадей электродов,относительно которых подводится в реактор ВЧ мощность. Электродменьшей площади, называемый катодом, как правило, является предметнымстоликом, к которому подводится ВЧ мощность. Электрод большей площадиназывают ненагруженным анодом.
На практике таким электродом являетсяпроводящая стенка реактора, которая из соображений безопасности являетсязаземленной. Подобная асимметрия реактора при подавляющем большинствесхемсогласованияприводитквозникновениюукатодаслояпространственного заряда существенно большего, чем у анода (это явление ипослужилоосновойтерминовкатодианод,аналогичноразрядампостоянного тока). Усредненный по периоду слой пространственного зарядаприводит к возникновению потенциала, ускоряющего ионы в направлениикатода. Из-за того, что ионы пролетают область слоя ВЧ разряда многодольше чем период ВЧ колебаний, именно усредненный ускоряющийпотенциал и определяет кинетическую энергию ионов при ион реактивномтравлении [130].
Другими словами, асимметрия в площадях нагруженногокатода и заземлённого анода приводит к образованию напряженияпостоянного автосмещения у меньшего нагруженного электрода [130].Вызванное асимметричной геометрией реактора ВЧ емкостного разряданапряжение автосмещение может быть проиллюстрировано следующимобразом (см.
рис. 27, 28).65Рисунок 27: Зависимость от временипотенциала плазмы (сплошная) и ВЧнапряжение на электродах (пунктир)[130]ТакоепостоянноеРисунок 28: Усредненные по временипотенциалы в межэлектродномпространстве в асимметричной исимметричной геометрии [133]автосмещениеувеличиваетсреднеепадениенапряжение в приэлектродном слое, что приводит к росту энергий ионов.При этом средняя энергия ионов в ассиметричной геометрии реакторапримерно равна напряжению автосмещения на катоде [130]:,(2.8)где Ei- средняя энергия ионов; Sanode – площадь заземленного электрода;Scathode – площадь катода,– амплитуда приложенного межэлектродногонапряжения.Процессы реактивно-ионного травления обычно проводятся принизких давлениях, как правило, в диапазоне от нескольких единиц до сотниmTorr.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
