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 поверхность GaAs

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].

Целью проведённой работы является исследование влияния обработки в потоке атомарного водорода на поверхность арсенида галлия.

Методика эксперимента

В проведённых экспериментах использовался эпитаксиальный арсенид галлия, выращенный на подложках GaAs. Толщина эпитаксиального слоя составляла 50 нм, с уровнем легирования 5·10¹⁸ см^-3, лигатура - кремний.

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.

Поверхность образцов исследовалась на электронном сканирующем микроскопе (СЭМ) Zeiss Supra 55 при одинаковых настройках яркости и контрастности до и после обработки в АВ.

Результаты работы

На рис. 1 приведена микрофотография поверхности GaAs (с металлизацией) до и после обработки в АВ.

Рисунок 1 – Микрофотография поверхности GaAs до (а) и после (б) обработки в АВ

Как видно из рисунка, атомарный водород определённо воздействует на поверхность GaAs. Кроме того, что после обработки поверхность полупроводника становится глаже, так же возрастает количество электронов, отражённых от её неё при СЭМ (это видно по увеличению яркости картинки – настройки в обоих случаях а и б одинаковы). Как известно, часть попавших на поверхность электронов при СЭМ отразится от неё обратно на датчик микроскопа (R_┴), часть рассеется в сторону от датчика (R_─) а часть проникнет вглубь полупроводника (T). Повышение яркости картинки вызвано увеличением количества отразившихся электронов R_┴. Учитывая полирующие свойства обработки в потоке атомарного водорода [1] увеличение R_┴ может быть вызвано уменьшением рассеяния (R_─) на неровностях поверхности GaAs. Таким образом, дополнительно подтверждается возможность очистки поверхности полупроводника в потоке АВ, заявленная в [1].

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.