Физика/2. Физика твердого тела.

Федин И.В., Скубо В.В.

Научный руководитель Ерофеев Е.В., к.т.н.

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, 634050, Россия, г. Томск, пр. Ленина 40

Исследование влияния атомарного водорода на поверхностное сопротивление эпитаксиальных слоёв арсенида галлия

Введение

Применение водорода в электронной промышленности позволяет решить большой перечень проблем, связанных с металлизацией и очисткой поверхности. Известно, что гидрогенизация поверхности полупроводника, предшествующая напылению омических контактов приводит к уменьшению приведённого контактного сопротивления медно-германиевых (Ge/Cu) омических контактов на 40% [1].

Кроме того, имеются данные о возможности применения атомарного водорода для очистки наноразмерных элементов интегральных схем от остатков резиста [1].

Однако существует ряд трудностей, которые возникают из-за высокой электро-химической активности атомарного водорода. Так, при попадании АВ в область канала, происходит резкое снижение проводимости последнего, что является крайне нежелательным эффектом. Кроме того, в процессе обработки на поверхности полупроводника остается тонкий хемосорбированный слой атомов водорода (As-H, Ga-H), который является чужеродным по своей природе [2]. Наличие данного слоя приводит в дальнейшем к преждевременной деградации электрических параметров приборов. Таким образом, обработка транзистора в потоке АВ зачастую приводит к выходу из строя прибора, это сильно ограничивает применение такой обработки. Целью проведённой работы является исследование влияния обработки в потоке атомарного водорода на электрическую проводимость эпитаксиальных слоёв арсенида галлия.

Методика эксперимента

В проведённых экспериментах использовались эпитаксиальные структуры типа GaAs/AlGaAs, выращенные на подложках GaAs. Толщина верхнего эпитаксиального слоя составляла 50 нм, с уровнем легирования 5·10¹⁸ см^-3, лигатура - кремний.

Для проведения экспериментов, по исследованию воздействия обработки атомарного водорода при стимулирующем воздействии УФ излучения использовались тестовые структуры на основе GaAs с металлизацией, нанесённой электронно-лучевым испарением.

Для обработки в потоке атомарного водорода камера установки откачивалась до остаточного давления 5·10^-4 Па. Ток разряда и напряжение горения составляли 2 A и 230 В соответственно. Расход водорода поддерживался на уровне (7–8)·10^-2 л/мин, при этом давление водорода в вакуумной камере составляло (2–4)·10^-2 Па, а плотность потока атомов водорода 10¹⁵ ат.·см^-2·с^-1. Обработка проводилась при комнатной температуре.

Результаты работы

На рис. 1 приведена зависимость поверхностного сопротивления эпитаксиальных слоёв арсенида галлия от времени обработки в потоке АВ.

Как видно из рис. 1, обработка в потоке АВ приводит к значительному росту поверхностного сопротивления GaAs (более чем в 2,5 раза). Причём основной рост наблюдается в течение первой минуты обработки (увеличение поверхностного сопротивления на 150%).

Рисунок 1 - зависимость поверхностного сопротивления эпитаксиальных слоёв арсенида галлия от времени обработки в потоке АВ

Далее скорость роста поверхностного сопротивления значительно снижается: за следующие две минуты обработки сопротивление возросло всего ≈ 5%. Это позволяет говорить о том, что приповерхностные слои полупроводника очень быстро насыщаются атомарным водородом. Таким образом, можно обеспечить обработку в АВ поверхности, избежав при этом попадания значительного количества водорода вглубь полупроводника.

Литература

1. Федин И.В., Ерофеев Е.В. / Способ очистки наноразмерных элементов интегральных схем // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. Томск. 2012. С 182 – 185.

2. Friedel P., Gourrier S. / Interactions Between H₂ and N₂ Plasmas and a GaAs (100) Surface: Chemical and Electronic Properties // Appl. Phys. Lett. – 1983. – Vol. 42. – No. 6. – P. 509 – 511.